UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS,CANALES Y PUERTOS

ESTUDIO DE LABORATORIO PARA LA CARACTERIZACIÓN COMO MATERIAL DE

FIRMES DE CARRETERAS DE LOS PLÁSTICOS PROCEDENTES DEL TRATAMIENTO

DE RESIDUOS SOLIDOS URBANOS

T E S I S DOCTORAL

MIGUEL ÁNGEL DEL VAL MELUS

Madr id , enero de 1 9 8 5

TESIS DOCTORAL

ESTUDIO DE LABORATORIO PARA LA CARACTERIZACIÓN COMO MATERIAL DE FIRMES

DE CARRETERAS DE LOS PLÁSTICOS PROCEDENTES DEL TRATAMIENTO DE RESIDUOS

SOLIDOS URBANOS

AUTOR : Miguel Ángel del Val Melús, ICCP

DIRECTOR : José Luis Elvira Muñoz, Prof.Dr. ICCP

TRIBUNAL CALIFICADOR

Presidente

Vocal 1º :

Vocal 2º :

Vocal 3º :

Vocal 4º :

Acuerdan otorgar la ca l i f icac ión de,

ii

"Ordenó que ningún ciego cantase milagro en

coplas si no trujese testimonio auténtico

de ser verdadero, por parecerle que los más

que los ciegos cantan son fingidos, en per

juicio de los verdaderos".

(Miguel de Cervantes : El Ingenioso Caballero

Don Quijote de la Mancha, II, cap. LI)

AGRADECIMIENTO

iv

Ningún trabajo de investigación es hoy posible sin la colaboración,

directa o indirecta, de un elevado número de personas. Esta Tesis doc-

toral, resultado de tres años de trabajo ininterrumpido, no es una ex

cepción. Ademas del autor, ha habido otras personas que con su traba-

jo y con su ilusión han colaborado para que se llegara a buen puerto.

A todas ellas van dedicadas estas líneas.

En primer lugar, quiero hacer constar mi especial agradecimiento

al personal del Laboratorio de Caminos de la ETSICCP de Madrid, que

llevó a cabo el ensayo de más de dos mil probetas, así como decenas

de pruebas sobre los materiales básicos empleados. A José Antonio de

la Calle, Germán García, Sebastián Jiménez, Florentino Martín y Fran-

cisco Plaza, muchas gracias. Junto a estos valiosos colaboradores, hay

que recordar también con agradecimiento a las personas que han permi­

tido esta presentación del trabajo que el lector puede contemplar :

Isabel Villamor (mecanografía), Margarita Parro (delineación) y Alfre-

do Martínez González (fotografía).

Si este trabajo es algo más que una mera elucubración teórica es,

en apreciable medida, gracias a las atinadas críticas y sugerencias de

mis compañeros en la Cátedra de Caminos y Aeropuertos Juan Vigüeras

y Aurelio Ruiz y del titular de la misma, Profesor Carlos Kraemer. En

este último, además, quiero simbolizar mi agradecimiento a la Cátedra

no sólo por poner a mi disposición todos sus medios para la realización

de esta Tesis, sino también por haberme incorporado a su cuerpo docente

cuando contaba sólo 23 años de edad. Lo que desde entonces haya podido

enseñar es insignificante en comparación con lo mucho que he aprendido.

V

Finalmente, mi agradecimiento y mi admiración profundos, aunque se

guramente insuficientes, al Director de la Tesis, Profesor José Luis

Elvira. Sus orientaciones han sido fundamentales, pero más aún, si ca-

be, su aliento y su confianza en los muchos momentos de desánimo su­

fridos. Es para mí un gran motivo de orgullo y de satisfacción haber

trabajado bajo su dirección y espero, de todo corazón, poder seguir

haciéndolo en el futuro.

Madrid,Enero de 1985

RESUMEN

vii

En la actual situación de crisis económica, marcada por la escasez

de recursos energéticos en particular y de materias primas en general, se

inscriben las problemáticas relativas a los desechos y subproductos, por

un lado, y a la construcción de firmes de carreteras, por otro. Su asocia

ción está en el origen del trabajo que se ha realizado. En él, por prime

ra vez, se utilizan desechos plásticos obtenidos en un proceso industria

lizado de tratamiento de residuos sólidos urbanos, avanzando en una doble

dirección : la incorporación de los desechos a las mezclas bituninosas,

no buscando una modificación de ligante, como se había venido haciendo -

hasta la fecha, sino una cohesión adicional que permita la disminución de

las cantidades de betún empleadas; por otro lado, la utilización de los

desechos como agente de estabilización de materiales granulares sin nin-

gqn otro tipo de conglomerante.

Una vez expuestos la problemática planteada en torno al aprovecha

miento de residuos sólidos y de la fracción plástica de los residuos só­

lidos urbanos en particular, una serie de ejemplos de utilización de re-

siduos sólidos en firmes de carreteras y el estado actual de conocimien-

tos sobre la incorporación de productos plásticos a los materia

les de construcción de firmes, se ha procedido a fijar las ba-

ses metodológicas de la investigación en relación a la naturale-

za de los desechos, ligantes bituminosos y áridos utilizados, las -

granulometrías de éstos, las condiciones de fabricación de las probetas

(sobre todo en lo referente a temperaturas de mezclado y sistemas de com-

pactación) y los métodos de ensayo. A partir de dichas bases se han ana-

lizado las dos unidades de obra proyectadas en cuanto a densidades y com-

pacidades, resistencias mecánicas y deformabilidades, susceptibilidades

térmicas y a la acción de disolventes y, en el caso de las mezclas bitu-

viii

minosas a las que se ha incorporado desecho plástico, resistencias a las

deformaciones permanentes.

Los resultados obtenidos han permitido llegar, entre otras, a las

siguientes conclusiones:

- Las características mecánicas de los dos materiales estudiados

crecen de forma lineal con el aumento de las temperaturas de mezclado y

de compactación (preferiblemente, dicha compactación ha de ser estática)

- Las estabilizaciones con desecho plástico presentan una eleva-

da flexibilidad y alta resistencia a tracción,Dor lo que pueden ser ven

tajosamente aprovechadas frente a otro tipo de estabilizaciones usadas

habitualmente en capas de base.

- Las mezclas bituminosas con desechos plásticos son, simultánea

mente,estables, flexibles y resistentes a las deformaciones permanentes,

por lo que resultan idóneas para ser utilizadas en capas de rodadura (sin

presentar algunos de los problemas de las mezclas bituminosas convencio-

nales).

- Los materiales estudiados tienen una resistencia a los disol­

ventes orgánicos notablemente superior a la que presentan los materiales

bituminosos convencionales.

Í N D I C E

CAPITULO I: INTRODUCCIÓN 9 1.1. ANTECEDENTES 11 1.2. OBJETIVOS 12 1.3. LINEAS DE INVESTIGACIÓN 13

CAPITULO II: APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS PLÁSTICOS 15 2.1. LOS RESIDUOS PLÁSTICOS. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. METO-

DOS CONVENCIONALES DE TRATAMIENTO 17 2.2. RECICLADO Y REUTILIZACION DE RESIDUOS PLÁSTICOS 19

CAPITULO III: INCORPORACIÓN DE PRODUCTOS PLÁSTICOS A LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DE FIRMES: CONOCIMIENTOS ACTUALES SOBRE EL TEMA 25 3.1. INTRODUCCIÓN 27 3.2. MODIFICACIÓN DE LIGANTES MEDIANTE ADICIÓN DE PLÁSTICOS 29

3.2.1. Alquitrán-PVC 31 3.2.1.1. Empleo de PVC puro 31 3.2.1.2. Empleo de desechos de PVC 32

3.2.2. Mezclas bituminosas fabricadas con betún-polímero 33 3.2.2.1. Empleo de copolímeros elastotermoplásticos 34 3.2.2.2. Empleo de homopolímeros termoplásticos 36

3.3. REFUERZO DE MEZCLAS BITUMINOSAS MEDIANTE INCORPORACIÓN DE PLÁSTICOS 38 3.3.1. Mezclas a base de alquitrán reforzadas con trozos de PVC de re­

cuperación » 39 3.3.2. Mezclas bituminosas reforzadas con fibras cortas de polipropileno.... 41

3.4. MEZCLAS BITUMINOSAS ARMADAS CON MALLAS DE HILOS DE PLÁS­TICO 42

3.5. SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL BETÚN POR UN DESECHO PLÁSTICO EN LA FORMULACIÓN DE MEZCLAS BITUMINOSAS 45

3.6. AGLOMERADOS CON PLÁSTICO SIN INCORPORACIÓN DE NINGÚN OTRO LIGANTE 48 3.6.1. Hormigones a base de resinas termoendurecibles 48 3.6.2. Mezclas con polímeros termoplásticos 50

CAPITULO IV: MATERIALES Y MÉTODOS 53 4.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES BÁSICOS 55

4.1.1. Áridos. Granulometrías 55 4.1.2. Ligantes bituminosos 56

4.2. MÉTODOS DE ENSAYO 57 4.2.1. Ensayos de compresión simple 57 4.2.2. Ensayos de tracción indirecta (compresión diametral) 59 4.2.3. Resistencia conservada tras inmersión en agua y en disolventes

orgánicos 60 4.2.4. Ensayo Marshall 62 4.2.5. Ensayo de pista de laboratorio 62 4.2.6. Recuperación del ligante de las mezclas 64

7

CAPITULO V: EL DESECHO PLÁSTICO. BASES DE SU UTILIZACIÓN COMO MATERIAL DE FIRMES 65 5.1. CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DEL DESECHO PLÁSTICO 67 5.2. FORMAS DE PRESENTACIÓN DE LOS DESECHOS 69 5.3. ESTUDIO DE LAS CONDICIONES DE FABRICACIÓN DE LAS PROBETAS 73

5.3.1. Influencia del orden de incorporación de los componentes 73 5.3.2. Temperaturas de fabricación 75 5.3.3. Sistemas de compactación 82

5.4. CONSIDERACIONES SOBRE LOS POSIBLES MECANISMOS DE MODI­FICACIÓN DEBIDOS AL EMPLEO DE LOS DESECHOS PLÁSTICOS 83 5.4.1. Función de fíller 86 5.4.2. Función de aglomerante 87 5.4.3. Función de refuerzo 88 5.4.4. Función de modificador del ligante bituminoso 89

CAPITULO VI: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO 93 6.1. DENSIDADES Y COMPACIDADES DE LAS GRAVAS-PLÁSTICO 96 6.2. RESISTENCIAS MECÁNICAS DE LAS GRAVAS-PLÁSTICO 98

6.2.1. Compresión simple y deformabilidad 98 6.2.2. Tracción indirecta (compresión diametral) 102

6.3. SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA DE LAS GRAVAS-PLÁSTICO 102 6.4. SUSCEPTIBILIDAD DE LAS GRAVAS-PLÁSTICO A LA ACCIÓN DE DISOL­

VENTES ORGÁNICOS 102 6.5. DENSIDADES Y COMPACIDADES DE LAS MEZCLAS CON PLÁSTICO 104 6.6. RESISTENCIAS MECÁNICAS DE LAS MEZCLAS CON PLÁSTICO 113

6.6.1. Estabilidad y deformación Marshall 113 6.6.2. Compresión simple y deformabilidad 118 6.6.3. Tracción indirecta (compresión diametral) 121

6.7. SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA DE LAS MEZCLAS CON PLÁSTICO 124 6.8. SUSCEPTIBILIDAD DE LAS MEZCLAS CON PLÁSTICO A LA ACCIÓN DEL

AGUA Y DE DISOLVENTES ORGÁNICOS 127 6.9. RESISTENCIA A LAS DEFORMACIONES PERMANENTES DE LAS MEZ­

CLAS CON PLÁSTICO (RESULTADOS DEL ENSAYO EN PISTA DE LA­BORATORIO) 130

CAPITULO Vil: RESUMEN Y CONCLUSIONES 143

BIBLIOGRAFÍA 149

CAPITULO I:

INTRODUCCIÓN

ANTECEDENTES

El presente trabajo ha sido desarrollado entre 1981 y 1984 en el Laboratorio de Caminos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid.

El origen de todas las investigaciones de este tipo es la valoración del binomio «eliminación de residuos y conservación del medio/ahorro de materias primas y de energía». Fue, sin embargo, lógicamente, sólo el segundo término del mismo el que suscitó en el Laboratorio de Caminos el interés inicial por el tema, reforzado por el éxito de los trabajos llevados a cabo en otros países (la mayor parte de los presentados en el capítulo III), por la creación en el seno de la OCDE de grupos de trabajo «ad hoc» y por la pretensión de encontrar de una forma técnica y económicamente viable soluciones para algunos de los problemas específicos planteados en los firmes de las carreteras españolas.

El citado interés se plasmó en un proyecto de investigación en torno a la incorporación de residuos plásticos urbanos a las mezclas bituminosas que, en la convocatoria correspondiente a 1980, fue dotado económicamente por la Comi­sión Asesora de Investigación Científica y Técnica. Desde el primer momento los trabajos se encaminaron a la incorporación de los plásticos a mezclas bituminosas convencionales; pero, también desde el primer momento, surgieron dos pro­blemas aparentemente insuperables: la forma de incorporación del plástico al betún y la elección de un desecho adecuado.

El primero de los dos problemas citados tenía su origen en la idea de que el plástico sólo podía actuar en la mezcla bituminosa como modificador de las propiedades reológicas del betún. Por su parte, el segundo problema radicaba en poder contar con un desecho cuya naturaleza fuese apta para obtener la modi­ficación pretendida y, además, lo que resultaba muchísimo más difícil, que pudiese disponerse de él en forma y cantidades que garantizasen una mínima viabilidad técnica.

Los residuos domésticos de la conurbación madrileña se depositan en el ver­tedero controlado de Valdemingómez (p.k. 13 de la carretera N-lll), en cuyas inmediaciones se ha instalado una planta de tratamiento integral de residuos sólidos urbanos, que comenzó su funcionamiento en febrero de 1982 con una

11

capacidad de 100 toneladas diarias. Al final del proceso, basado en tecnologías mineralúrgicas, se obtienen una serie de fracciones que pueden reciclarse en procesos agrícolas e industriales: compost, metales, vidrios y plásticos, princi­palmente. Dichos plásticos constituyen el 4 por 100 sobre el residuo bruto. De ellos, la mitad aproximadamente son botellas y envases diversos, mientras que la mitad restante está formada por plásticos procedentes de bolsas y envoltorios («plástico-film»). Esta última fracción, cuyas características se analizan en el capítulo V, y al contrario que todas las restantes, no era susceptible, por diversas razones, de un aprovechamiento concreto. Por esta razón, se planteó la posibi­lidad de su incorporación a los materiales de construcción de firmes de carreteras.

De esta forma, se ha podido contar en el presente trabajo con un desecho disponible en forma y cantidades viables técnicamente y cuya utilización, por su origen (los residuos sólidos urbanos de la ciudad de Madrid), introduce en la investigación la valoración del primer término del binomio al que se aludía más arriba («eliminación de residuos y conservación del medio»). Por otra parte, y como se pondrá de manifiesto más adelante, el desecho plástico en cuestión se incorpora a los materiales de los firmes en forma tal que obvia el problema planteado inicialmente en relación a esa incorporación.

1.2. OBJETIVOS

Los objetivos que se han tratado de lograr con la realización de este trabajo son de diverso orden. En primer lugar se encuentran una serie de objetivos muy generales, por lo cual, más que su consecución en un sentido estricto, lo que se ha pretendido es realizar una contribución que coadyuve a dicha consecución. Estos objetivos generales son:

— Utilizar los residuos sólidos, cuya eliminación es imprescindible para la con­servación del medio, como fuente de materias primas o de energía.

— Intentar resolver algunos de los problemas que se presentan en la ingeniería de carreteras mediante el aprovechamiento de residuos sólidos.

A continuación, se sitúan otros objetivos que, si bien son también de índole general, se enmarcan en el ámbito de una investigación académica, aunque cuya consecución es, en cierta forma, independiente de la metodología seguida y, por supuesto, de los trabajos concretos de laboratorio que se han realizado. Tales objetivos son los siguientes:

— Recoger, de una forma estructurada, todas las utilizaciones de plásticos, sean o no desechos, en la construcción de firmes de carreteras, de manera que pueda disponerse de una base teórica suficientemente sólida para futuros estudios o investigaciones.

— Mostrar la viabilidad técnica del aprovechamiento de un desecho plástico concreto mediante su incorporación a los firmes de carreteras, de tal modo que

12

las cantidades utilizadas del mismo posibiliten su eliminación total, y lograr que las unidades a las que se incorpore ese desecho tengan unas propiedades superiores a las de las unidades convencionales, de forma que se obvien algunos de los problemas habituales que surgen en los firmes.

— Definir unas unidades de obra que incorporen desechos plásticos y que no se diferencien sustancialmente de las convencionales en lo que se refiere a fabricación y a puesta en obra.

— Caracterizar dichas unidades mediante ensayos de laboratorio.

Finalmente, cabe apuntar un tercer grupo de objetivos muy concretos, derivados directamente de los anteriores y, como se ha señalado, de tal naturaleza que su validez es función de la de los métodos empleados. Están, por tanto, ligados a las líneas de investigación escogidas. Dichos objetivos son:

— Determinar las condiciones idóneas de fabricación en laboratorio de las unidades definidas, de manera, además, que no supongan una complicación importante sobre los procesos convencionales.

— Analizar la variación de las propiedades de las unidades definidas cuando varía el porcentaje de desecho incorporado, a fin de poder disponer de datos que permitan o bien maximizar las cantidades de desecho empleadas sin menos­cabo de las propiedades de los materiales, o bien optimizar las propiedades de éstos dentro de unos márgenes aceptables de porcentajes de desecho.

— Comparar los resultados de los ensayos sobre las unidades con desecho plástico con los obtenidos sobre unidades tradicionales de funciones equi­valentes, a fin de mejor evaluar sus características desde un punto de vista práctico.

LINEAS DE INVESTIGACIÓN

Las líneas de investigación concretas que se han seguido, dentro del marco general del aprovechamiento de desechos plásticos de procedencia doméstica como material de firmes, han sido dos:

a) Estudio de laboratorio de una mezcla bituminosa en la que se ha sustituido parcialmente el betún por desecho plástico (en adelante, se hará referencia a ella como «mezcla con plástico»).

b) Estudio de laboratorio de una zahorra artificial estabilizada con desecho plástico (en adelante, se hará referencia a ella como «grava-plástico»).

La mezcla con plástico se ha estudiado, a todos los efectos, como una mezcla bituminosa de las utilizadas convencionalmente para capas de pavimento de un firme. Dentro del esquema teórico que se presenta en el capítulo III, se trata de un

13

material que se puede incluir dentro de los estudiados en el apartado 3.5 («Sustitución parcial del betún por un desecho plástico en la formulación de mezclas bituminosas»).

La grava-plástico, por su parte, se ha estudiado como material para capas de base, comparable a una grava tratada con conglomerante hidráulico o bituminoso. Aunque se podría incluir dentro de los materiales de los que trata el apartado 3.6.2 («Mezclas con polímeros termoplásticos»), en ese mismo apartado se apuntan las diferencias con la línea definida por los investigadores que allí se citan. La razón de considerar la grava-plástico como material para capas de base, y consecuen­temente ser estudiado como tal, se debe no sólo a la utilización de husos granulométricos acordes con tal función, sino, sobre todo, y más adelante se insistirá sobre este punto, a que el desecho plástico desempeña su papel de conglomerante (agente de estabilización) como el cemento o el betún en las correspondientes estabilizaciones, es decir, aportando cohesión mediante unio­nes puntuales entre las partículas de árido, pero sin llegar a envolver éstas totalmente (como ocurre, en cambio, en un aglomerado). Por otro lado, se ha observado que el material tiene una escasa resistencia a esfuerzos abrasivos, por lo que su degradación superficial es rápida y, por tanto, resulta inadecuado como capa de rodadura. En cambio, las características de flexibilidad que presenta hacen que se pueda considerar como una alternativa a las bases tratadas con conglomerantes hidráulicos sin algunos de los inconvenientes de las mismas.

CAPITULO II:

APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS PLÁSTICOS

LOS RESIDUOS PLÁSTICOS. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. MÉTODOS CONVENCIONALES DE TRATAMIENTO

Los residuos plásticos proceden de tres grandes áreas: la producción de resinas de base, la fabricación de productos plásticos y el consumo. Desde el punto de vista de este estudio la atención ha de centrarse en los últimos, pues en los otros dos casos, generalmente, el único destino viable es el reciclado dentro de la propia industria, lo cual, además, no suele presentar problemas económicos debido al alto precio de este producto. En cuanto a los residuos plásticos procedentes del consumo (residuos sólidos urbanos) no sólo se debe considerar el valor del material sino también otros conceptos tales como el poder conta­minante, la dificultad e incluso imposibilidad de degradación, el recurso ener­gético que contienen, la dificultad de separación del resto de los desechos urbanos, etc. Por tanto, es necesario estudiar a fondo cuál es el tratamiento que se debe dar a estos residuos. Parece, sin embargo, que se tiende hacia la recu­peración y reciclado.

Cuando se habla de residuos sólidos se sobreentiende a veces que se trata de residuos urbanos, lo cual es claramente erróneo, dado que los residuos sólidos urbanos suponen sólo un 9 por 100 del total de los producidos en una nación, frente al 37 por 100 que representan los de origen industrial y minero y al 54 por 100 de los agrícolas y ganaderos. Sin embargo, la importancia de los residuos sólidos urbanos, de los que más de un 60 por 100 corresponden a recogida municipal, reside en que afectan directamente al 80 por 100 de la población.

Tanto la producción como la composición de los residuos urbanos dependen de multitud de factores entre los que cabe destacar los siguientes: grado de desarro­llo del país, tamaño de la ciudad, climatología, usos y costumbres, época del año, etcétera. La fracción de los residuos sólidos urbanos a que se hace referencia es evidentemente pequeña (si bien, dada la relativamente baja densidad de los plásticos, el porcentaje que representan en volumen es algo más significativo), pero en absoluto despreciable. En una ciudad como Madrid (3,5 millones de habitantes, 750 g/habitante X día de producción de residuos urbanos) ese por­centaje (el 4 por 100 en peso) supone un total de 38.000 toneladas de desechos plásticos urbanos al cabo del año.

Estos plásticos están compuestos por botellas, tubos, juguetes, utensilios do-

17

mésticos, bolsas, cajas, muebles, ropas, etc., si bien las dos terceras partes son envases y envoltorios de diversos tipos. Por otro lado, de todos los plásticos que se comercializan sólo cuatro tipos constituyen la práctica totalidad de los residuos urbanos: PVC, poliestireno, polipropileno y, fundamentalmente, polietileno. Inde­pendientemente del valor concreto de los porcentajes, cabe destacar dos hechos fundamentales:

a) Existe una fuente principal de producción de los residuos plásticos urbanos (los envases y envoltorios).

b) La composición química de los residuos plásticos urbanos es relativamente homogénea (polietileno).

En los vertederos los materiales plásticos se comportan esencialmente como inertes, hasta tal punto que en excavaciones realizadas en vertederos abando­nados durante muchos años se han recuperado plásticos en un estado prácti­camente idéntico al original. Por tanto, y dada la naturaleza de estos materiales, no se puede esperar que los vertederos en los que se han arrojado basuras con gran cantidad de plásticos sean aprovechables, quedando especialmente dificultados los cultivos y las cimentaciones de carreteras o estructuras, es decir, determi­nados aprovechamientos del suelo. Se debe destacar, además, que estos terrenos tendrán muy graves dificultades de drenaje debido a las barreras formadas por las planchas y bolsas de plástico.

Una forma de lograr que en el vertido los plásticos no den excesivos problemas es la trituración previa de los residuos. Con ella se reduce el volumen de los mismos; se ahorra, por tanto, vertedero; se llega a una más fácil y pronta reutilización del terreno de vertido y, por último, desaparecen los problemas hidráulicos y mecá­nicos cuyo origen eran las capas de plástico. La trituración previa es, pues, siempre interesante y hoy día se lleva a cabo en todos los vertederos controlados de una cierta entidad. Sin embargo, no es posible asegurar que el tratamiento sea totalmente eficaz frente a los plásticos, si bien esto depende del porcentaje en el que se presenten, de su naturaleza y forma de presentación y, por supuesto, del diseño de la trituradora (normalmente molinos de martillos).

La incineración de residuos sólidos urbanos presenta, frente a ventajas indis­cutibles, tales como los grandes ahorros de terrenos de vertido, la disminución de las distancias de transporte al poder colocarse las instalaciones más cerca de las ciudades y la obtención de un residuo prácticamente sin materia orgánica, desventajas muy claras, como son la necesidad de personal cualificado en número importante, los altos costes de conservación y reparación de las instalaciones y la persistencia de un residuo mineral en forma de escorias y cenizas.

Si únicamente se tiene en cuenta en el proceso de incineración la fracción plástica, cabe considerar que ésta contribuye de manera muy importante a aumentar el poder contaminante de los humos que salen por la chimenea de la planta, incidiendo, por tanto, en uno de los mayores inconvenientes de dicho

proceso. Sin embargo, aunque desde el punto de vista ambiental sea absolu­tamente desechable la incineración de residuos sólidos urbanos con un cierto porcentaje de materia plástica, resulta interesante desde un punto de vista energético. Efectivamente, los plásticos sirven para mantener la combustión en un nivel suficientemente alto, incluso cuando en tiempo húmedo el residuo se encuentra mojado. Con este fin, en algunas plantas incineradoras los plásticos se almacenan para poder distribuirlos convenientemente en el incinerador según la climatología.

A la contaminación ambiental que produce la incineración de plásticos se une el hecho de que los productos de su combustión son muy corrosivos, y tanto más cuanto menos cuidado sea el proceso. La causa reside en que dichos productos no son sólo vapor de agua y anhídrido carbónico, como correspondería a la combustión perfecta de un hidrocarburo.

RECICLADO Y REUTILIZACION DE RESIDUOS PLÁSTICOS

El concepto de reciclado debe aquítomarse en forma suficientemente amplia, a fin de incluir cualquier tipo de recuperación de materiales de desecho para un destino que, en cualquier otro caso, requeriría un consumo de recursos vírgenes.

Los sistemas de reciclado de plástico se pueden clasificar en tres categorías, según el destino que se vaya a dar a los mismos:

— Reutilización como productos plásticos convencionales.

— Reutilización como sustituto de un material no plástico.

— Aprovechamiento como recurso energético.

La alternativa de recuperación y reciclado de plásticos procedentes de los residuos urbanos en cualquiera de las tres líneas apuntadas es, en principio, problemática, dada la heterogeneidad de dichos residuos y la de la propia fracción plástica. No suelen existir graves problemas en el reciclado de los desechos plásticos que se producen en las industrias, pero el de los urbanos se enfrenta con una serie de ellos que se puede esquematizar en los siguientes puntos:

— Relativo bajo precio de las resinas plásticas originales.

— Inadecuación entre la oferta y la demanda.

— Inexistencia de aplicaciones para algunos plásticos recuperados.

— Reticencias de los organismos sanitarios.

— Degradación de los plásticos con el tiempo.

19

FIG. 2.1. -ESQUEMA DE UN PROCESO DE CONCENTRACIÓN Y SEPARACIÓN

SELECTIVA CHAMORRO ( 1 9 8 1 )

20

Además, hasta hace poco tiempo, el único método de eficacia probada para la separación de los plásticos, pero de costes intolerables, era el triaje manual. Pero, aun en este supuesto, persiste el problema de la separación de los diferentes tipos, pues se debería llegar como mínimo a una separación entre termoplásticos y termoendurecibles, debido a que la diferencia de propiedades lleva en el reciclado a procesos incompatibles entre sí. En diversos sistemas experimentales se han utilizado a tal fin separadores de aire caliente, de vacío, líquidos de diferentes densidades y disolventes diversos. Junto a estos sistemas, en las fábricas de plásticos se emplean métodos industriales de reciclado basados en el remoldeo o reextrusión de los residuos. Concretamente, en el caso del polietileno, polies-tireno, nylon y otros termoplásticos, se granulan los residuos, se les añaden resinas de aportación y se reextruyen. De cualquier modo, las fábricas de plástico son capaces de reciclar internamente la mayor parte de los termoplásticos que producen, hasta el punto de poderse estimar que del 10 al 30 por 100 de la producción proviene de material reciclado.

Como se acaba de señalar, el principal escollo que aparece al hacer un plan­teamiento de reutilización de residuos plásticos es el que presenta su separación. Lo ideal, como ocurre con otros residuos, sería la implantación de una recogida urbana de tipo selectivo, es decir, que la separación empezase en los domicilios. En este sentido, existen experiencias en España sobre la recogida de papel y cartón y, más recientemente, sobre la recuperación de las botellas de vidrio. Al no resultar la selección domiciliaria un sistema realmente operativo en la práctica, debe irse, para lograr el objetivo propuesto, a la selección en las plantas de tratamiento de residuos plásticos.

Las primeras plantas fueron puestas a punto en los Estados Unidos. En ellas, el esquema de funcionamiento es básicamente el mismo (figura 2.1.). Tras una molienda primaria, y mediante un separador magnético de cinta, se concentran los materiales magnéticos (fundamentalmente hoja de lata) para aprovechamiento de la fracción férrea y separación del estaño que contienen. De la fracción no magnética se liberan a su vez el vidrio y los metales pesados, separándose ambas fracciones tras una molienda por medio de una criba vibrante (el concentrado de metales pesados constituye ya un producto comercial, que se puede someter a posteriores procesos de refino; el vidrio pasa a un clasificador óptico, obtenién­dose concentraciones de vidrio incoloro). La fracción ligera de la primera clasi­ficación pasa a una molienda y a un clasificador neumático secundario. Por medio de una mesa neumática y una criba hidráulica se concentran el aluminio, el cobre y el zinc. Un separador electrostático permite, finalmente, liberar el papel de los plásticos. En todos los métodos de concentración selectiva se llega a aislar una fracción ligera, formada por plásticos y papeles, que se separan de distintas maneras. Una de ellas es la citada, mediante un separador electrostático. Otros métodos se basan en la diferencia de conductividad (los papeles son algo conductores y tanto más cuanto mayor sea el porcentaje de humedad que hayan absorbido). También la diferente absorción de humedad es el fundamento de los métodos que utilizan molinos desgarradores y posterior cribado (el papel húmedo se desgarra con suma facilidad, reduciéndose el tamaño de los trozos). En todos los casos, lógicamente, el problema es la contaminación mutua.

21

F I G . 2 . 3 . - ESQUEMA DE UN PROCESO " SINK - FLOAT " PAR A LA SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA FRACCIÓN P L Á S T I C A DE UN R . S . U .

YEN E T AL . ( 1 9 7 4 )

22

En cuanto a la separación de los diferentes tipos de plásticos, los métodos que se pueden utilizar tienen muy diversos fundamentos: diferencia de densidades, disolución selectiva, propiedades eléctricas, etc. Quizá el proceso más simple sea la separación neumática (figura 2.2.) por la cual se diferencia una fracción ligera formada por espumas, fibras y películas (plástico-film), de una fracción pesada, compuesta por trozos de artículos diversos de plástico moldeado. Un paso más sería la separación por tipos de polímeros. Ensayos llevados a cabo en laboratorio han mostrado que el polietileno, poliestireno, PVC y polipropileno que, como se ha indicado, componen la práctica totalidad de los plásticos que hay en los residuos urbanos, pueden ser perfectamente separados y posteriormente regenerados por aplicación de presión y calor. Para la separación se han ideado diversos sistemas que utilizan líquidos de densidades diferentes (figura 2.3.), si bien se presentan inconvenientes de dos tipos. Por un lado, es necesario un lavado enérgico previo del material, a fin de que las partículas que lo puedan contaminar no contribuyan a la variación de la densidad de los medios líquidos y, por tanto, a la inutilización del sistema. Por otro, los plásticos llevan cargas, pigmentos, estabilizadores, etc., de muy diferente naturaleza, que hacen que su densidad difiera, a veces sensible­mente, de las previstas.

23

CAPITULO III:

INCORPORACION DE PRODUCTOS PLÁSTICOS A LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

DE FIRMES: CONOCIMIENTOS ACTUALES SOBRE EL TEMA

3.1. INTRODUCCIÓN

En este capítulo se va a recoger cuál es el estado de conocimientos acerca de la incorporación de productos plásticos a los materiales que constituyen los firmes de las carreteras. Se va a hacer de una forma aparentemente somera, pero abordando, sin embargo, la práctica totalidad de la escasa bibliografía existente sobre el tema. Por otra parte, dicha bibliografía es no solamente escasa, sino parcial, en el sentido de que ningún autor aborda más que aspectos muy concretos de la incorporación de plásticos a los materiales de los firmes, incor­poración cuya problemática es muy diversa, tal y como se intentará poner de manifiesto aquí. Únicamente el programa emprendido en 1981 por la OCDE sobre ligantes para carreteras y ahorro de energía se puede considerar en cierta forma como globalizador.

En otro orden de cosas, es preciso señalar que la mayoría de los trabajos llevados a cabo hasta la fecha han tenido como objetivo el obtener mezclas bituminosas con características mejoradas frente a las que poseen las mezclas convencio­nales, bien sea por modificación del ligante, bien sea porque el plástico añade, independientemente del árido y del ligante, características resistentes que los otros componentes no pueden aportar. En el primer caso, están los estudios sobre el alquitrán-PVC y los betunes-polímeros (normalmente dicho polímero es un copolímero elastotermoplástico, aunque también existen trabajos en los que el polímero es un homopolímero termoplástico) y en el segundo los referentes a las mezclas reforzadas con trozos de plástico, las mezclas armadas con mallas de hilos de plástico y las mezclas en las que la cohesión no sólo la proporciona el ligante bituminoso, sino también, y hasta cierto punto independientemente, el plástico añadido.

La clasificación de las mezclas bituminosas con características mejoradas debido a la adición de plásticos en los dos grupos citados no es meramente metodológica, puesto que son tipos de mezclas que se proyectan de forma totalmente diferente: mientras que las que están constituidas a base de un ligante modificado se formulan como las mezclas convencionales (otra cosa es que sea necesaria la realización de ensayos mecánicos específicos para poner de manifiesto ciertas mejoras), las otras requieren en cada caso una formulación propia (lo que no

27

quiere decir que se trate de un proceso complicado, salvo quizás en el caso de las mezclas armadas con mallas de hilos de plástico).

Aparte de estos trabajos sobre mezclas bituminosas, como se ha indicado los más numerosos, se han desarrollado algunos en una línea diferente y que son reco­gidos en el apartado 3.6 de este capítulo. Tratan sobre unos materiales sensi­blemente diferentes a los convencionales, en los cuales los ligantes bituminosos o conglomerantes hidráulicos han sido sustituidos por un plástico aglomerante de la materia mineral. También en este grupo cabe diferenciar entre los materiales que siguen los principios de los hormigones de cemento (el cemento ha sido sustituido por una resina termoendurecible) y los que siguen los principios de las mezclas asfálticas (el ligante bituminoso ha sido sustituido por un polímero termoplástico). Además, hay que hacer la salvedad de que los primeros han sido estudiados relativamente a fondo, pero más en relación con la tecnología de las estructuras que con la ingeniería de carreteras; los segundos, en cambio, concebidos única y exclusivamente como unidad de obra para firmes de carreteras, se han estudiado sólo superficialmente y en una línea, en cierta forma, no totalmente adecuada, lo cual se trata de poner de manifiesto en este trabajo, pues esta no total adecuación es, precisamente, una de las bases del mismo.

Un aspecto muy importante, cuyo tratamiento es ineludible en este capítulo dedicado a los conocimientos actuales sobre la incorporación de productos plásticos a los materiales de construcción de firmes, es el del origen de dichos productos plásticos. Por un lado, pueden ser productos preparados «ex profeso» para el uso al que se destinan, siendo entonces plásticos de absoluta pureza, con composición química definida y presentación y aspecto físico totalmente homo­géneos, trátese de aditivos (los copolímeros elastotermoplásticos para modifica­ción de betunes o el PVC para modificación de alquitrán, por ejemplo) o trátese, en el caso opuesto, de las mallas para armado de mezclas. Por otro lado, pueden ser productos de recuperación, procedentes de la fabricación de productos plásticos, de la producción de resinas de base o de los desechos urbanos, aunque sólo aquellos que tienen este último origen, y desde el punto de vista de este trabajo, requieren para su estudio una óptica sustancialmente diferente de la necesaria para los plásticos puros.

A pesar de que el trabajo esté dirigido a un determinado empleo de plásticos procedentes del tratamiento de residuos sólidos urbanos, es imprescindible recoger en este capítulo no solamente aplicaciones de desechos plásticos, sino también de plásticos puros, y esto por dos razones:

a) En la mayoría de los casos, por no decir en todos, las aplicaciones de los desechos tienen su antecedente directo en una utilización análoga de plásticos puros, por lo que hay que conocer estos procesos para comprender aquéllos.

b) Aunque no exista esa relación, determinados tratamientos con desechos pueden ser, desde un punto de vista funcional, una alternativa a otros

tratamientos con plásticos puros, siendo por tanto necesario conocer ambas tecnologías.

Finalmente, hay que llamar la atención, abundando en lo que se acaba de exponer, sobre el hecho de que de todas las aplicaciones recogidas en el presente capítulo algunas, en razón de su propia concepción, sólo se pueden llevar a cabo emplean­do plásticos puros (es el caso de las mezclas armadas con mallas); en otras, la causa de ello es la naturaleza química del plástico (los hormigones a base de resinas termoendurecibles) y en un tercer grupo se emplean únicamente plásticos puros porque no existen residuos de esta naturaleza en cantidades viables técnica o económicamente (modificación de betunes con copolímeros elastoter-moplásticos) o es muy difícil encontrarlos en la forma adecuada (refuerzo de mezclas bituminosas con fibras cortas de polipropileno). En el extremo opuesto, se va a hacer referencia a aplicaciones que sólo son viables económicamente mediante la utilización de desechos plásticos, debido a los altos porcentajes de plástico que se emplean (mezclas de alquitrán reforzadas con trozos de PVC, mezclas en las que el betún se sustituye parcialmente por un plástico y mezclas en las que el ligante es íntegramente un polímero termoplástico). En un grupo intermedio se encuentran aquellas aplicaciones en las que indistintamente se emplean plásticos puros y desechos, teniendo cada alternativa en principio sus respectivos inconvenientes y ventajas (modificación de alquitrán mediante PVC y modificación de betunes mediante homopolímeros termoplásticos).

3.2. MODIFICACIÓN DE LIGANTES MEDIANTE ADICIÓN DE PLÁSTICOS

Durante años han sido muy numerosos los aditivos cuya incorporación a los ligantes bituminosos se ha estudiado a fin de intentar modificar las características reológicas de éstos. Sin embargo, los inconvenientes surgidos con su utilización han ¡do desde el hecho de que la modificación reológica conseguida en el ligante no se reflejase en unas mejoras reales de la mezcla con él fabricadas, hasta el de que algunos de esos aditivos introdujesen muchos más problemas de los que se resolvían con su empleo. En cambio, unos aditivos cuyo éxito ha sido creciente han sido los polímeros y ello debido, principalmente, a que las modificaciones que introducen en los ligantes bituminosos (figura 3.1.) los convierten en aptos para la fabricación de mezclas que han de soportar solicitaciones extremas de tráfico y temperatura. Pero, para que dichas modificaciones resulten viables desde todos los puntos de vista, se requiere que los polímeros empleados cumplan una serie de requisitos:

a) Poder disponer de ellos en cantidades suficientes.

b) No degradarse con las temperaturas normales que se producen en las plantas asfálticas.

c) Mezclarse sin dificultad con el ligante bituminoso.

d) Mejorar la resistencia a las deformaciones plásticas a altas temperaturas, pero sin convertir el ligante en demasiado viscoso a las temperaturas norma-

29

F I G . 3 . 1 . - RELACIÓN ENTRE TEMPERATURA Y VISCOSIDAD DE

DIFERENTES LIGANTES

DENNING Y CARSWELL ( 1 9 8 1 )

F I G . 3 . 2 . - HIPÓTESIS MACROSCÓPICA SOBRE LA ESTRUCTURA

DEL ALQUITRÁN - P V C

PROBISA (1976)

les de fabricación y puesta en obra o hacerlo demasiado rígido o frágil a bajas temperaturas.

e) Tener unos costes que no lleven a un encarecimiento sensible de las unidades de obra en las que intervengan.

Los polímeros utilizados, por su origen, pueden ser puros o procedentes de desechos (normalmente, puros) y, por su naturaleza, homopolímeros termoplás-ticos, copolímeros elastotermoplásticos o resinas termoendurecibles. El empleo de estas últimas no se va a tratar aquí con mayor detalle, dado su limitado interés por causa del precio de las mismas, de las grandes cantidades necesarias y los muy graves inconvenientes técnicos que se plantean, sobre todo en lo que se refiere al control de las reacciones que se producen. Únicamente es preciso señalar que las más utilizadas han sido las resinas epoxi en la modificación de alquitranes (alquitrán-epoxi).

3.2.1. Alquitrán-PVC

3.2.1.1. Empleo de PVC puro

El empleo más generalizado, quizás, que han tenido los polímeros termoplásticos, el PVC concretamente, en la técnica de carreteras, ha sido en la modificación de las propiedades del alquitrán, dado que se consiguen una serie de mejoras notables sobre las propiedades del ligante original y que se pueden esquematizar en los siguientes puntos: aumento de la viscosidad y de la ductilidad; reducción de la susceptibilidad térmica; disminución del envejecimiento; aumento de la resis­tencia al ataque de aceites y de combustibles; extraordinario aumento de la cohesión de las mezclas y refuerzo de la adhesividad química árido-ligante para cualquier tipo de árido.

Se han barajado diversas hipótesis para tratar de explicar los mecanismos que conducen a las mejoras señaladas. Se conviene, generalmente, en que el origen de las mismas reside en la gran longitud de las moléculas de PVC, que forman una especie de madeja entremezclada con el sistema coloidal constitutivo del alquitrán (figura 3.2.), generándose una estructura tipo gel, en la cual el deslizamiento relativo de las moléculas es extremadamente difícil (lo que se traduce en el citado aumento de la viscosidad). Esta estructura produce, además, la estabilización de productos volátiles y la fijación de los grupos oxidables del alquitrán, por lo que en suma, se disminuye el envejecimiento, mientras que los grupos químicamente activos del PVC, junto a los propios del alquitrán, llevan a un aumento de la adhesividad y la estructura cerrada que se consigue en definitiva sirve para impedir el ataque de aceites y combustibles.

La disminución de la trabajabilidad es, sin duda, el mayor inconveniente del alquitrán-PVC. Tiene su origen en la reacción química que da lugar a la citada estructura de tipo gel y es un proceso, en general, demasiado rápido, tanto más cuanto mayor sea la temperatura y que aboca a un endurecimiento del ligante, resultando prácticamente un producto elastomérico. Se impone pues un control

31

de la reacción entre el alquitrán y el PVC, conseguido el cual queda por resolver, sin embargo, el problema de la fabricación de la mezcla, teniendo en cuenta que la temperatura de los áridos ha de ser de unos 120°. Los procedimientos que se utilizan (y en la elección de uno u otro radica, quizás, la mayor dificultad de la tecnología del alquitrán-PVC) son diversos y en todos ellos lo que se trata es de paliar en la medida de lo posible los efectos aceleradores de la temperatura sobre la reacción de gelificación, así como conseguir una buena dosificación de los componentes.

3.2.1.2. Empleo de desechos de PVC

El alquitrán-PVC se ha venido utilizando desde hace más de un cuarto de siglo, siempre con gran éxito, en estacionamientos, vías para vehículos lentos, carriles especiales para autobuses, pavimentación de tableros de puentes, zonas aeropor-tuarias destinadas al aprovisionamiento de combustible, etc. A partir de estas experiencias positivas, surgió la posibilidad de utilizar, como aportación de PVC, plásticos procedentes de desechos industriales e, incluso, urbanos. Los estudios al respecto se han desarrollado en varios países, especialmente en Francia, durante la década de los setenta, y su objetivo era no sólo conseguir un ligante de elevadas características para usos especiales tales como los citados, sino tam­bién abrir una vía de recuperación de polímeros.

La modificación del alquitrán mediante el PVC puro se lleva a cabo con un porcentaje de éste del 5 por 100, pues porcentajes mayores suponen un creci­miento excesivamente rápido de la viscosidad del nuevo ligante, imponiendo márgenes de tiempo entre la fabricación y la puesta en obra tan reducidos que hacen ¡nviable el proceso. Sin embargo, cuando se emplean desechos, el PVC de recuperación no se incorpora en forma de fíller de algunas decenas de mieras como en el caso de PVC virgen, sino con un escalonamiento granulométrico que hace que su disolución en el alquitrán sea progresiva y sea así perfectamente posible controlar el crecimiento de la viscosidad en el nuevo ligante, permitiendo, consecuentemente, organizar de forma más sencilla los procesos de fabricación, transporte y puesta en obra.

El origen del PVC utilizado ha sido doble: residuos domésticos, por un lado, y desechos de fabricación de productos plásticos por otro. En el primer caso, el de mayor interés por las cantidades disponibles (en Francia) y por la incidencia en la política de conservación ambiental, el PVC se puede obtener o bien por triaje o bien por recogida selectiva de botellas. En ambas alternativas hay que contar con las dificultades inherentes a estos procesos y considerar que junto al PVC aparecen siempre pequeñas cantidades de otros materiales (generalmente, en porcentaje inferior al 10 por 100), pero que no tienen una incidencia negativa apreciable en los resultados. En cuanto a los desechos de fabricación de pro­ductos plásticos, es preciso señalar que en todos los casos se obtienen resultados satisfactorios salvo cuando se trata de PVC proveniente de cables, en cuyo caso es necesario un tratamiento de eliminación de elementos contaminantes previo a la introducción en molinos desgarradores, que es el tratamiento general tanto para estos desechos como para los procedentes de los residuos domésticos.

32

Los ensayos llevados a cabo para valorar la modificación conseguida en el ligante mostraron que los mejores comportamientos se obtienen al aumentar el conte­nido de PVC (incluso por encima del 20 por 100) y bajar el de brea sólida (componente, junto a los aceites de hulla, de los alquitranes). Sin embargo, a partir de un 40 por 100 de PVC, las características del ligante obtenido son básicamente las del polímero, incluso aunque el alquitrán sea sustituido totalmente por aceite de hulla.

Por lo que se refiere a la fabricación de aglomerados con alquitrán modificado con PVC de recuperación, en las pruebas llevadas a cabo se han utilizado plantas asfálticas discontinuas tradicionales, en las cuales el mezclado se realizaba en dos etapas: una primera de premezclado, en la que se mezclan los áridos, el fíller y el PVC, durante un período de tiempo comprendido entre diez y quince segundos; en la segunda fase, se inyecta el alquitrán, realizándose el mezclado durante unos cuarenta y cinco segundos. Las temperaturas de fabricación son del orden de los 140°C, mientras que los de puesta en obra deben estar sobre los 120°C. La disolución del PVC en el alquitrán comienza ya en el mezclador y durante las tres primeras horas la viscosidad aumenta, pero sin sobrepasar el valor que haría imposible la puesta en obra. En la mayoría de los casos, ese tiempo suele ser suficiente.

Mezclas bituminosas fabricadas con betún-polímero

Debido a que en la mayoría de los países la producción de alquitrán para carreteras es notablemente inferior a la de betunes de destilación, y ésta es la primera causa de su menor utilización, la tecnología del alquitrán-PVC siempre ha sido cuantitativamente muy marginal. Sin embargo, los éxitos conseguidos con ella han inducido a trasladarla al ámbito de los betunes de penetración. No se ha logrado directamente, por la diferente composición y estructura molecular de alquitranes y betunes, pero sí de forma indirecta al desarrollarse los llamados betunes-polímeros. En ellos no se emplea PVC sino copolímeros elastotérmoplás-ticos o bien homopolímeros termoplásticos derivados del etileno y del propileno, es decir, poliolefinas. La principal razón de que se utilicen éstas y no el PVC radica en que este último no se disuelve en el betún como lo hace en el alquitrán, por lo que es prácticamente imposible conseguir una mezcla homogénea. Ademas, al no utilizarse PVC se obvian los problemas que plantea, sobre todo en lo que se refiere a dificultad y peligro en la mezcla, como se ha apuntado; por otro lado, en el campo de recuperación de desechos plásticos, las poliolefinas (polietilenos de alta y baja densidad y polipropileno) representan un porcentaje como mínimo cuatro veces superior al que representa el PVC, aspecto muy a tener en cuenta en los estudios de viabilidad económica.

En el ya citado programa emprendido por la OCDE, se analiza el estado en que se encuentra actualmente, en diferentes países, la tecnología de los betunes-polí­meros. Las situaciones son extraordinariamente diversas y así se pone de mani­fiesto que mientras en Dinamarca se considera que la utilización de polímeros

33

puros no tiene sentido debido a su alto precio (no se ha desarrollado tampoco ningún trabajo con residuos plásticos) y en Bélgica e Irlanda se piensa que las mejoras, incluso espectaculares, que se consiguen modificando los betunes con polímeros no compensan las grandes desventajas que conllevan (técnica compli­cada de preparación, menor manejabilidad y, sobre todo, precios elevados), en la República Federal de Alemania existe la idea generalizada de que en el momento actual la mejora de las propiedades de los betunes convencionales es inexcusable para poder hacer frente a las solicitaciones a que se ven sometidos los materiales constituyentes de los firmes y que una de las formas más adecuadas es su modificación mediante polímeros (copolímeros, concretamente). Esta misma idea está vigente también en Francia, pero en dicho país, como se muestra ampliamente en este capítulo, preocupa tanto la mejora de las propiedades de los betunes convencionales como la eliminación de desechos plásticos, por lo que paulati­namente éstos sustituirán en un futuro próximo a los polímeros puros.

3.2.2.1. Empleo de copolímeros elastotermoplásticos

Los polímeros elastotermoplásticos son sustancias capaces de modificar en profundidad las propiedades de los betunes de penetración a las temperaturas usuales de servicio, pero permitiendo, precisamente por su carácter termoplástico, una puesta en obra con los mismos equipos y métodos y a temperaturas similares a las utilizadas con los betunes no modificados.

Hameau y Druon señalan que la elección del polímero más adecuado para dicha modificación del betún ha de guiarse por los siguientes principios:

— No son adecuados los polímeros muy reticulados, demasiado ramificados o incluso demasiado polares, así como los que posean radicales estéricos en proporción elevada, pues ello impediría conseguir betunes suficientemente deformables a bajas temperaturas (es decir, no frágiles).

— Para que la estructura molecular del polímero pueda distribuirse en la estructura molecular del betún sin perturbarla se necesitan polímeros con fuerzas de unión intermolecular (del tipo de las de Van der Waals) relativamente moderadas.

— Son necesarios polímeros con cadenas macromoleculares suficientemente largas que permitan una flexibilidad elevada. En el mismo sentido, sólo son adecuados los polímeros con una configuración atáctica, es decir, con poca regularidad estructural.

— Para que en la fabricación de las mezclas bituminosas se mantengan valores de la viscosidad suficientemente bajos que permitan la envuelta, deben ex­cluirse los elastómeros poco polidispersos y con peso molecular por encima de 500.000.

— Desde el punto de vista de la susceptibilidad térmica, se trata de aumentar el

34

intervalo de plasticidad del betún, tanto por elevación del punto de reblande­cimiento (lo que ocurre prácticamente siempre que se añaden sustancias de elevado peso molecular) como por disminución del punto de fragilidad.

— Otra condición importante que deben cumplir los polímeros es la de mejorar la adhesividad con áridos ni totalmente limpios ni perfectamente secos, lo que en principio excluye a las sustancias macromoleculares con un grado de poli­merización demasiado elevado (por tanto, con largas cadenas y alta viscosidad).

— Un aspecto esencial que se debe considerar es el de la miscibilidad, de manera, además, que el polímero no perturbe la organización de las moléculas de betún, lo que hace necesario introducir los conceptos de tensión ¡nterfacial, de polaridad, de aromaticidad y de configuración. A este respecto se han establecido correlaciones entre el valor HLB (Hydrophylic Lipophylic Balance) y la compatibilidad del polímero con el betún.

Todas estas consideraciones teóricas han llevado a que, fundamentalmente, los polímeros que se estudien sean tres tipos de copolímeros estáticos y secuen-ciados: etileno-acetato de vinilo (EVA), estireno-butadieno-estireno (SBS) y poliiso­butilenos.

Con el EVA, añadido al betún en proporciones variables, en general entre el 4 y el 20 por 100, no se obtiene ninguna influencia favorable en la modificación del punto de fragilidad de Fraass, pero sí, en cambio, en lo que se refiere a una disminución notable de la susceptibilidad térmica (marcada por un rápido aumento del índice de penetración con el porcentaje de copolímero). Por otro lado, se observa que cuanto mayor sea el contenido de acetato de vinilo en el EVA, mayor es la trabajabilidad de la mezcla con betún, más aumenta la resiliencia elástica y, sobre todo, más regulares son las características obtenidas.

En lo que respecta a la modificación del betún mediante el copolímero SBS, hay que señalar que en este caso sí se consigue una disminución importante del punto de fragilidad de Fraass, junto a índices de penetración más elevados que en el caso del EVA. Sin embargo, la viscosidad conferida es excesivamente alta, lo que obliga a la adición, además, de ceras parafínicas, aceites aromáticos de petróleo o aceites naftenoaromáticos (sustancias que no producen una modificación impor­tante de las otras propiedades).

Por último, en cuanto a los poliisobutilenos, se encuentran grandes variaciones en los resultados obtenidos en función de su peso molecular. Para los pesos moleculares más bajos (entre 4.000 y 40.000, aproximadamente), el poliisobutileno actúa prácticamente como un fluidificante, mientras que en el extremo opuesto (poliisobutilenos con peso molecular por encima, más o menos, de 300.000) aparecen muy graves dificultades de homogeneización del polímero con el betún. Con poliisobutilenos de peso molecular del orden de 80.000 se comprueba un sensible endurecimiento del betún para pequeños porcentajes, mientras que con porcentajes superiores al 15 por 100 el betún se reblandece notoriamente (la

35

explicación que se puede dar a este comportamiento es que inicialmente el polímero absorbe aceites del betún, provocando el endurecimiento, mientras que por encima de un determinado porcentaje el polímero actúa, en cierta forma, como plastificante). Finalmente, con poliisobutilenos de peso molecular del orden de 250.000, se produce un crecimiento muy apreciable del índice de penetración, conservándose en líneas generales el valor de la penetración del betún original, descendiendo notablemente el punto de fragilidad de Fraass y lográndose una buena resiliencia elástica.

En relación a las propiedades mecánicas de los betunes modificados, los ensayos de tracción longitudinal muestran que los poliisobutilenos confieren al betún grandes posibilidades de deformación, pero escasa cohesión, mientras que los resultados obtenidos con el EVA y el SBS (figura 3.3.), sobre todo a bajas temperaturas, son indicativos de las importantes mejoras conseguidas en ese aspecto, revelando además un comportamiento más elastomérico que viscoelás-tico. Por otro lado, se pone de manifiesto que ni el EVA ni el SBS son capaces de proporcionar por sí solos unos comportamientos óptimos, si bien las propiedades conferidas al betún resultan complementarias por lo que su asociación parece lo más indicado.

En efecto, también Hameau y Druon han estudiado el comportamiento de mezclas bituminosas fabricadas con un betún modificado compuesto por un 7 por 100 de EVA, un 4,7 por 100 de SBS, un 2 por 100 de aceite aromático de petróleo y un 86,3 por 100 de betún, tras comprobar que el porcentaje total de polímero había de ser al menos del 10 por 100 (para conseguir modificaciones apreciables) e inferior al 15 por 100 (por razones de puesta en obra) y que el EVA proporciona mejoras importantes a bajas temperaturas mientras que el SBS logra lo propio a temperaturas elevadas. Dicho comportamiento de las mezclas bituminosas con betún modificado queda caracterizado por altas resistencias a temperaturas extremas, baja susceptibilidad térmica y, sobre todo, muy alta capacidad de deformación que, a bajas temperaturas, puede ser el doble, e incluso del triple, que en una mezcla con betún no modificado, lo que, obviamente, puede constituir una forma de resolver los problemas de resistencia a la fatiga, en especial de mezclas colocadas como pavimentos de puentes.

3.2.2.2. Empleo de homopolímeros termoplásticos

Como ya se ha indicado, para la modificación de betunes de penetración los homopolímeros termoplásticos utilizados son, en general, poliolefinas (polipro­pilenos y polietilenos) y, especialmente, polietilenos de baja densidad. En esta línea, uno de los más antiguos trabajos es el realizado a principios de los años cincuenta en la Universidad de Alberta (Edmonton, Canadá) por Shields que, a su vez, se apoyaba en dos patentes estadounidenses de algunos años atrás.

En dicho trabajo se partía de la comprobación de que el polietileno reduce I susceptibilidad térmica del betún cuando se le añade en cantidades que oscila entre el 5 y el 30 por 100 en peso, reflejándose la mejora en un ligero in

36

FIG. 3 . 3 . - CURVAS TENSIÓN / DEFORMACIÓN DE BETUNES-SBS ( 20 ° C , 500 mm / min )

O C D E ( 1 9 8 4 )

cremento del punto de reblandecimiento y no cambiando sustancialmente la penetración.

Según Shields, el polietileno se podría introducir en las mezclas asfálticas de dos maneras. En primer lugar, se añadiría en polvo formando parte de los áridos, lo que resultaría poco aconsejable desde diferentes puntos de vista. En efecto, para que el polietileno pudiera conservar sus características originales sería preciso intro­ducirlo en la mezcla a una temperatura inferior a los 110o C, cuando la temperatura empleada normalmente para la fabricación de mezclas asfálticas en caliente es sensiblemente superior. Además, dado el pequeño volumen que ocuparía la cantidad económicamente aceptable de polietileno con respecto al total de la mezcla, la dispersión de las partículas en ella no sería en absoluto homogénea. El segundo método para la adición del polietileno al betún consistiría en la fusión de aquél dispersándolo en éste de manera homogénea. Esta mezcla se añadiría al árido como si se tratase de un ligante normal. Con pequeñas modificaciones, éste fue el método seguido.

Inicialmente, se probó a añadir el polietileno al betún calentado a las temperaturas con las que se trabaja normalmente en las plantas asfálticas. Esto suponía la adición de granulos de polietileno en cantidades diferentes (hasta el 10 por 100 sobre peso de betún y con incrementos del 2 por 100) a cada uno de los tipos de betún utilizados, con períodos de mezcla, con agitación lenta, de cinco, diez y veinte minutos. En todos los casos se encontró con qua el mezclado era incom-

37

pleto, por lo que para eliminar la heterogeneidad se decidió disolver previamente los granulos de polietileno en algún disolvente y añadirlo después al betún caliente. Disolventes tales como el tetracloruro de carbono, el nitrobenceno y el tricloroetileno fueron desechados debido a la alta solubilidad del betún en ellos. También se consideró la posibilidad de utilizar ácido esteárico y m-xileno, pero ambos fueron igualmente rechazados; el primero debido a su relativamente baja capacidad de disolución y el m-xileno por su alto precio. Un disolvente del polietileno extraordinariamente bueno es la cera de parafina, pero su naturaleza inestable frente al betún le hace también indeseable. La segunda forma de intentar eliminar las heterogeneidades de la mezcla fue la de elevar la temperatura de mezclado al nivel de las usadas en refinería, lo cual conlleva únicamente inconvenientes en relación a las modificaciones que es necesario introducir en el mezclador utilizado en el laboratorio.

Los ensayos de caracterización del nuevo ligante mostraron que la incorporación del polietileno a los betunes asfálticos supone en los mismos un incremento de la rigidez y una cierta reducción de la susceptibilidad térmica. Sin embargo, para Shields no resultaba clara la función exacta del polietileno en el betún: la mezcla polietileno-betún era lo suficientemente homogénea para que no se pudiesen apreciar partículas libres de polietileno, pero sin poder precisar si las moléculas de polietileno combinaban químicamente con los asfaltenos o permanecían dispersas en los maltenos.

El programa de ensayos se estableció en función del análisis de tres variables principales:

a) El efecto de la cantidad de polietileno en el comportamiento del ligante.

b) El efecto de la temperatura en las propiedades de las mezclas.

c) El efecto de la edad de las probetas en las propiedades de las mezclas.

Se decidió ensayar las mezclas a cuatro temperaturas diferentes a fin de cubrir una amplia gama de condiciones de servicio. Dichas temperaturas fueron 140,75, 36 y 10o F (es decir, 60,24,2 y -12 o C, respectivamente). Los resultados obtenidos abundaron en el sentido ya indicado de una cierta reducción de la susceptibilidad térmica.

3.3 REFUERZO DE MEZCLAS BITUMINOSAS MEDIANTE INCORPORACIÓN DE PLÁSTICOS

Quizás una de la primeras causas por las que se pasa de las técnicas de modificación de los ligantes bituminosos mediante plásticos de recuperación a las técnicas de refuerzo de las mezclas bituminosas con trozos de dichos plásticos, sea la de que siempre esos materiales son mezclas de diferentes sustancias, lo que impide abordar procesos demasiado sofisticados y obliga, consecuentemente, a realizar procesos menos finos. 38

Entre los diversos efectos que puede perseguir la adición de desechos plásticos a una mezcla bituminosa está el de refuerzo de la misma (a veces, impropiamente, se hace referencia a un efecto de armadura, que, como más adelante se verá, es algo totalmente distinto), basado en la utilización de trozos o fibras plásticas suficientemente rígidas y suficientemente largas para crear «puentes» en el interior del esqueleto mineral. Dichos trozos provienen generalmente de envol­torios y botellas de plástico; sus dimensiones, tras el paso por molinos desgarra­dores especialmente diseñados a tal fin, suelen ser de 3 a 5 cm de longitud y de 0,5 a 1,0 cm de ancho, siendo el espesor el del envoltorio o botella del que procedan.

Se pueden diferenciar dos grandes tipos de mezclas bituminosas reforzadas con desechos plásticos, ambos de una gran simplicidad conceptual, siendo posible su fabricación sin introducir en las mezclas bituminosas convencionales más varia­ción que la adición del plástico en el porcentaje que se considere adecuado en función de los resultados que se pretendan conseguir. Dichos tipos son:

a) Mezclas formadas por áridos, alquitrán de hulla y desechos plásticos proce­dentes de botellas de PVC. En este caso el efecto de refuerzo se combina con una cierta modificación del ligante debida a la disolución parcial del plástico en el alquitrán, con lo que los resultados obtenidos dependen también del grado de disolución alcanzado, que a su vez es función de la temperatura de trabajo y del tiempo transcurrido desde que se ha realizado la mezcla.

b) Mezclas formadas por áridos, betún de penetración y desechos plásticos procedentes de envoltorios (en general, polietilenos de baja densidad), en las que el comportamiento de los plásticos frente al ligante es relativamente inerte, debiéndose los resultados conseguidos, casi exclusivamente, al ta­maño, geometría y características mecánicas de los plásticos utilizados. En razón de que estos desechos no se pueden disponer fácilmente con unas dimensiones adecuadas, este tipo de mezclas no han tenido ningún desarrollo práctico, habiendo derivado hacia la técnica de mezclas bituminosas con sustitución parcial del betún por un desecho plástico (en las que éste ya no actúa como elemento de refuerzo, sino como ligante), mientras que como técnica de refuerzo se ponía a punto el empleo de fibras cortas de polipro­pileno.

3.3.1. Mezclas a base de alquitrán reforzadas con trozos de PVC de recuperación

En este punto los trabajos más destacados se han llevado a cabo en el Laboratorio Regional de Nancy, donde, desde los primeros años setenta, se han estudiado mezclas a base de alquitrán a las que se añade un 3 por 100, sobre peso de áridos, de tiras de PVC provenientes de botellas, de 4 a 5 cm de longitud, 0,5 a 1,0 cm de anchura y espesor el de las botellas utilizadas. En los ensayos previos se comprobaron los siguientes extremos:

39

a) No importaba en qué momento del proceso de mezclado se añadiesen los plásticos.

b) No se producía una segregación particular de los plásticos en la mezcla.

c) Los plásticos se envolvían perfectamente, no teniendo ninguna tendencia a aglomerarse entre ellos.

d) La mezcla era perfectamente trabajable y compactable.

e) La incorporación de las tiras de plástico favorecía la puesta en obra de la mezcla, aumentando su compacidad final.

f) Se producía un apreciable aumento de la relación resistencia a tracción/resis­tencia a compresión.

g) La mejora de las propiedades de la mezcla era siempre sensiblemente superior utilizando alquitrán que utilizando betún como ligante, debido a la parcial disolución del PVC en aquél.

En el estudio al que se está haciendo referencia, los puntos que merecieron más atención, con sus respectivas conclusiones, fueron los siguientes:

a) Aumento de la compacidad: Se debía a las características termoplásticas del residuo utilizado.

b) Geometría de las tiras de plástico: Para obtener los efectos deseados era necesaria una longitud mínima de las tiras de 1 cm.

c) Influencia del porcentaje de plástico: La mejora de las propiedades de la mezcla evolucionaba de manera continua con el porcentaje de plástico añadido.

d) Influencia de la dureza del ligante: Los mejores resultados se obtuvieron con los ligantes más blandos, siendo los alquitranes de 45° a 50° de e.v.t. los más apropiados para mezclas destinadas a capa de rodadura.

e) Evolución de las propiedades de las mezclas con la temperatura: La adición de plástico disminuía la susceptibilidad térmica de la mezcla, debido a que al aumentar la temperatura los trozos de refuerzo perdían sus propiedades mucho menos deprisa que el ligante.

f) Estudio de la conservación de las mezclas durante su transporte: A pesar de la lenta disolución del plástico en el alquitrán, la mezcla conservaba su trabajabilidad al menos durante dos horas. Además, debido a dicha disolución, la resistencia no hacía sino aumentar a lo largo del tiempo.

Aparte de los ensayos de laboratorio para la caracterización de las mezclas que se obtienen, la puesta a punto requirió también estudios sobre la forma de realizar dichas mezclas a escala industrial. Además, se llevaron a cabo estudios econó­micos que permitiesen saber si el alto precio del tratamiento de los residuos se veía compensado por el mejor comportamiento de la mezcla.

El Laboratorio Regional de Nancy utilizó para el tratamiento de los residuos un triturador de martillos en el que aquéllos se introducían sin ninguna preparación previa. El producto no era, sin embargo, demasiado adecuado, pues aproximada­mente el 50 por 100 de los trozos tenían unas dimensiones inferiores a las que se requerían para que funcionasen como elemento de refuerzo. De todas formas, con dicho producto se realizó un tramo experimental (100 toneladas de mezcla) cuyos resultados fueron concordantes con los obtenidos en laboratorio. Los residuos utilizados se recogieron en hipermercados, siendo su composición muy variable, aunque en conjunto suponían 90 por 100 de PVC y 8 por 100 de poliolefinas (es decir, polipropilenos y polietilenos).

En cuanto al estudio económico, los análisis realizados mostraron que con un 3 por 100 de plástico el precio de la mezcla aumentaba en un 40 por 100, mientras que sus propiedades, a 40° C, se cuadruplicaban. En el balance se valoraron como ventajas:

a) Posibilidad de emplear estas mezclas en carriles para vehículos lentos, pavimentación de puentes, capas delgadas para vías urbanas, carriles-bus, etc.

b) Incidencia inapreciable en el rendimiento de la planta de fabricación de la mezcla y en el tajo de extendido y compactación.

c) Posibilidad de fabricar estas mezclas a la demanda sin necesidad de alterar las fórmulas de trabajo previamente establecidas.

Como contrapartida aparecieron dos inconvenientes relativamente importantes:

a) El aspecto visual poco agradable de la capa terminada.

b) La superficie no suficientemente antideslizante.

En cualquier caso, desde el punto de vista económico y financiero, el procedi­miento parece perfectamente viable, aunque se presentaron problemas impor­tantes, fundamentalmente por falta de planificación al respecto, en el proceso de recogida y tratamiento de los desechos plásticos urbanos.

3.3.2. Mezclas bituminosas reforzadas con fibras cortas de polipropileno

Esta es una técnica que, como ya se ha señalado, se basa en la utilización no de desechos plásticos, sino de polipropileno puro en forma de fibras de una longitud aproximada de 1 cm y que en España se ha introducido bajo patente reciente-

41

mente (de manera en cierto modo paralela a los hormigones de cemento refor­zados con fibras cortas de acero). Dichas fibras contribuyen, entre otros aspectos, a mejorar la adhesividad árido-ligante, proporcionando a las mezclas una mayor capacidad de deformación y mayor resistencia al agrietamiento causado por las solicitaciones del tráfico o, especialmente en regiones de climas fríos, por los ciclos térmicos (figura 3.4).

Una ventaja notable de esta técnica de refuerzo consiste en que las mezclas con las que se emplee, especialmente aptas para capas de rodadura de pequeño espesor, no necesitan ningún tipo de modificación (salvo un pequeño incremento del contenido de betún), así como tampoco los equipos de puesta en obra de las mismas. Sin embargo, sí son necesarias ciertas precauciones en la fabricación de la mezcla, principalmente en lo que se refiere a un control estricto de la tempera­tura del proceso.

Las dosificaciones normales que se recomiendan son del 0,3 por 100 de fibras sobre peso de la mezcla, con un aumento correlativo del contenido de betún (entre el 0,2 y el 0,4 por 100, según el tipo de mezcla utilizada).

3.4. MEZCLAS BITUMINOSAS ARMADAS CON MALLAS DE HILOS DE PLÁSTICO

Aunque en última instancia el fin pretendido está en la misma línea, hay que diferenciar tanto conceptual como tipológicamente, entre las mezclas bituminosas

F I G . 3 . 4 - C O M P O R T A M I E N T O A FLEXOTRACCIÓN D E M E Z C L A S B ITUMINOSAS REFORZADAS

CON F I B R A S CORTAS DE POLIPROPILENO

H E R C U L E S INC. ( 1 9 8 2 )

a las que se han incorporado trozos de plástico resistentes, y que proporcionan un cierto efecto armadura, dado que se consigue aumentar las resistencias a tracción, flexión y cortante de la mezcla, y aquellas otras mezclas propiamente armadas con mallas de hilos de plástico, de forma análoga a como el hormigón se arma con mallas o barras de acero. Las primeras ya han sido abordadas y se ha podido apreciar que el referirse a ellas como mezclas armadas, lo que frecuentemente se hace, no sería más que una forma de expresarse, pues la armadura no es tal más que desde un punto de vista «microscópico»; contemplada «macroscópicamente», la mezcla sigue siendo una mezcla convencional, si bien con tres componentes: ligante, áridos y plásticos, funcionando éstos en mayor o menor medida como ligante o como áridos en función del grado de disolución alcanzado. De ahí que se las haya denominado, con mayor propiedad, mezclas reforzadas.

En cambio, en las mezclas bituminosas propiamente armadas con mallas de hilos, se busca directamente la aportación de éstos en la consecución de unas elevadas resistencias a flexión, tracción y cortante, que áridos y ligante no pueden propor­cionar por sí mismos. Las mallas se sitúan dentro de la mezcla bituminosa, que se pone en obra en fases sucesivas: extendido de una primera capa de mezcla; colocación de la malla; extendido de una segunda capa de mezcla y, finalmente, compactación de la mezcla armada.

Lógicamente, con mezclas de este tipo no cabe hacer un planteamiento de aprovechamiento de desechos, pues es fácil comprender que las mallas han de ser necesariamente productos manufacturados de muy alta calidad, formadas con hilos especialmente fabricados a tal fin. Esto lleva necesariamente a tratamientos de muy alto coste y que, en general, sólo tendrán justificación en casos especiales. Sin embargo, se presentan aquí por su interés teórico innegable, porque repre­sentan otra aplicación más de los plásticos en la fabricación de mezclas bitumi­nosas y porque, en cierta medida, pueden marcar pautas para el estudio de las mezclas bituminosas a las que se han incorporado desechos plásticos.

Aunque los resultados que se han obtenido han sido muy interesantes en pantallas impermeabilizantes de presas, no lo han sido tanto, debido a diversas causas, en carreteras; sin embargo, deben destacarse en este sentido los trabajos llevados a cabo por Krebs y Arand, por un lado, y por Van Galen y Reyneveld, por otro; a estos últimos se hace aquí especial referencia.

Según estos investigadores, la armadura que se incorpore a las mezclas debe, fundamentalmente, ofrecer una alta resistencia a la tracción, soportar las tempera­turas y condiciones de puesta en obra de las mezclas bituminosas y resistir los efectos del agua y el envejecimiento. Los materiales que se han utilizado han sido los siguientes: rayón (seda artificial), nylon (poliamidas), poliéster, fibra de vidrio y acero. Dado que el rayón envejece con cierta facilidad, las fibras de acero se oxidan y las de vidrio son relativamente frágiles, sólo resultan interesantes el poliéster y el nylon. Sin embargo, aquél parece preferible a éste por su elevado módulo de elasticidad y su coeficiente de retracción térmica más pequeño, lo que ha llevado, efectivamente, al mayor empleo del poliéster bajo diversas denomina­ciones comerciales.

43

Otro aspecto muy importante a considerar en relación con este empleo específico de los plásticos en las mezclas bituminosas es la adherencia de los hilos al aglomerado, pues, como es lógico, para que el hilo pueda actuar por sí mismo como armadura es necesario que las fuerzas a las que está sometido el material que se va a armar se transmitan al hilo. Para conseguir dicha adherencia, Reyneveld puso a punto un adhesivo especial que, aplicado sobre la malla durante la fabricación de la misma, aseguraba la adherencia del hilo de poliéster al aglo­merado.

En los ensayos de tracción se ha puesto de manifiesto que la diferencia entre las probetas armadas y no armadas es menor para una velocidad de carga elevada que para una velocidad de carga pequeña. Pero, en cualquier caso, mientras en las probetas armadas se produce una fisura que se propaga hasta la rotura de la probeta, en las armadas se producen varias fisuras, de manera que los esfuerzos absorbidos son cada vez mayores a medida que aumenta el alargamiento, llegán­dose incluso a que, si se suprime la carga después de un alargamiento del 5 por 100, la probeta recupera prácticamente su longitud inicial (figura 3.5).

En los ensayos de flexión con carga estática se trabajó con probetas sin armar, probetas con armadura en el tercio inferior y probetas con armadura en la fibra extrema de las mismas. En estos dos últimos casos, la resistencia a flexión resulta más elevada como consecuencia de la resistencia suplementaria a tracción proporcionada por la armadura y disminuye con la carga menos rápidamente debido al efecto homogeneizante que produce dicha armadura. Además, mientras

FIG.3. 5.-COMPORTAMIENTO A TRACCIÓN DE PROBETAS ARMADAS Y SIN ARMAR

REYNEVELD (1970 )

44

que para las probetas no armadas la rotura se produce en la zona de tracción, para las armadas tiene lugar en la de compresión. Por otro lado, la armadura interrumpe las fisuras, de modo que en los ensayos en los que la armadura no estaba colocada en la fibra extrema de la probeta, se comprobó la aparición de una fisura para esfuerzos de flexión muy parecidos, tanto con armadura como sin ella, pero en la probeta armada dicha fisura no se propagó más allá de la armadura.

Para la realización de los ensayos de fluencia (variación de las deformaciones con el tiempo bajo la acción de cargas permanentes) se dispusieron probetas en ménsula, de manera que flectaran bajo su propio peso. En las probetas armadas se midieron menores flechas, así como un tiempo transcurrido hasta rotura mucho mayor.

Resultados similares se obtuvieron en los ensayos de fatiga (flexión dinámica), en los que las probetas armadas soportaron un número de ciclos más de veinte veces superior al soportado por las probetas no armadas. Esto es consecuencia de que la armadura previene la aparición o propagación de fisuras microscópicas y de que la fluencia del material bajo carga dinámica es menor, lo cual aumenta su vida útil.

Finalmente, en lo que hace referencia a los ensayos de compresión simple, el efecto de la armadura se traduce fundamentalmente en una disminución del coeficiente de Poisson (menores deformaciones transversales).

3.5. SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL BETÚN POR UN DESECHO PLÁSTICO EN LA FORMULACIÓN DE MEZCLAS BITUMINOSAS

Tanto el empleo de ligantes modificados con polímeros como los refuerzos mediante incorporación de plásticos pueden suponer en muchos casos una menor necesidad de ligante en la mezcla bituminosa; por tanto, en ese aspecto se puede hablar de sustitución parcial del betún por un plástico en la formulación de dicha mezcla. Una visión diferente introduce, sin embargo, el ya citado trabajo de la OCDE, una de cuyas líneas se denomina expresamente «partial substitution of bitumen».

¿En qué consiste esa sustitución parcial? Sencillamente en que un porcentaje apreciable del betún de la mezcla es sustituido por un porcentaje equivalente de un desecho plástico, de forma que lo que se tiene es una mezcla bituminosa con dos ligantes que trabajan complementaria y, en cierto modo, independientemente. Sin embargo, este enunciado tan simple no se ha traducido hasta ahora en ninguna realización, ni tan siquiera en estudios de laboratorio, como ponen de manifiesto los diversos países participantes en el programa de la OCDE. Conse­cuentemente, en el informe final se contempla la sustitución parcial del betún por alquitrán, asfaltos naturales, azufre y lignina, pero no por plásticos. Incluso desde un punto de vista teórico, un autor de tanta importancia como Bense asegura que «no se puede considerar en ningún caso la materia plástica añadida como un ligante; es sólo un aditivo con particulares efectos físicos o mecánicos, lo que es tanto más cierto en cuanto las materias añadidas (PVC, poliestireno, polietileno) no tienen ningún carácter adhesivo frente a los áridos, sino más bien a la inversa».

45

Según Bense, y dependiendo de su naturaleza química, sus características físicas y su tamaño, el desecho plástico puede ser en la mezcla bituminosa un modificador del ligante, un elemento de refuerzo o un fíller, pero no un ligante. Sin embargo, estas afirmaciones son ampliamente contestadas por otros autores franceses, cuyas investigaciones se recogen en el apartado 3.6.2., así como por los resultados obtenidos en este trabajo, que se presentan en los capítulos sucesivos y que responden a la ¡dea de sustitución parcial del betún en la mezcla por un desecho plástico que también actúa como ligante.

De todos modos, la cuestión que se puede plantear es si la apreciación de Bense es meramente terminológica o bien si la razón de la misma estriba en que sus trabajos no han ido dirigidos a la sustitución del betún, sino sólo a obtener mezclas mejoradas. Es difícil no caer en sutilezas de ninguna trascendencia técnica, pero lo cierto es que Bense ha trabajado a partir de los desechos seleccionados manualmente a la entrada de la cadena de compostaje de la ciudad de Toul, con porcentajes de plástico tan sólo del 1 por 100. Este porcentaje es suficiente para obtener unas mejoras muy apreciables en la mezcla bituminosa: mayor resistencia a compresión y a tracción, especialmente a altas temperaturas; mejor relación tracción/compresión; mucha mayor resistencia a las deformaciones plásticas; ligero incremento de la resistencia a la fatiga (fig. 3.6); módulo de deformación más elevado, fundamentalmente para cargas lentas (fig. 3.7). Todos estos resultados se comprueban en este trabajo, pero además se realiza algo que Bense ni siquiera

F I G . 3 . 6 . - COMPORTAMIENTO A FATIGA CON

AMPLITUD DE DEFORMACIÓN CONSTANTE

( 2 5 H Z , 1 0 ° C ) BENSE ( 1 9 8 3 )

FIG. 3 . 7 . - VALOR DEL MODULO DE DEFOR­

MACIÓN A 10° C

BENSE ( 1 9 8 3 )

47

plantea: se analiza cómo varían cuando el porcentaje de desecho plástico aumen­ta y cuando se llega a una verdadera sustitución del betún, debido a que el porcentaje en el que entra a formar parte de la mezcla es similar al del desecho incorporado y la suma de ambos del orden del porcentaje de ligante empleado en una mezcla convencional.

3.6. AGLOMERADOS CON PLÁSTICO SIN INCORPORACIÓN DE NINGÚN OTRO LIGANTE

3.6.1. Hormigones a base de resinas termoendurecibles

Como se ha señalado en !a introducción del capítulo, los materiales que se van a tratar en este apartado se han desarrollado más en relación con la tecnología de las estructuras que con la ingeniería de carreteras. Sin embargo, ese desarrollo ha sido motivado en cierta medida por lo específico de algunas solicitaciones propias de las carreteras (la acción de las sales que se emplean contra el hielo) sobre las estructuras existentes en ellas (puentes). Entonces, su tratamiento parece obli­gado y no sólo por razones metodológicas, ya de por sí suficientes.

La utilización de polímeros en el hormigón tiene desde hace tiempo un interés considerable, dado que los hormigones convencionales de cemento tienen una resistencia mecánica limitada, durabilidad insuficiente y escasa resistencia a la corrosión bajo condiciones climáticas severas. Al incorporar polímeros no sólo se puede aumentar tres o cuatro veces la resistencia mecánica, sino también la durabilidad y, sobre todo, la resistencia a las agresiones de tipo químico.

Al abordar la problemática planteada por los hormigones con polímeros como único conglomerante (polymer concrete o PC, en terminología inglesa), es preciso no olvidar los hormigones de cemento impregnados con polímeros (polymer-impregnated concrete o PIC); evidentemente no son los PIC «aglomerados con plástico sin incorporación de ningún otro ligante», pero tampoco se trata de materiales realmente comparables a los citados en el apartado 3.5. Por otro lado, hay que citar también los llamados hormigones de cemento modificados con polímeros (polymer Portland cement concrete o PPCC).

El PC está formado únicamente por una mezcla de áridos y un sistema monómero que, ya in situ, es polimerizado; no se utiliza en absoluto agua y si existe una cierta presencia de cemento Portland es como fíller, no como conglomerante. El PPCC es un material en el que se han mezclado conjuntamente agua, árido, cemento Portland y un látex, o bien un sistema monómero que, igual que en el caso del PC, es polimerizado in situ. Finalmente, el PIC se obtiene a partir de un hormigón de cemento ya curado, impregnado en un monómero que es subsecuentemente polimerizado. Para la obtención de estos materiales se pueden introducir diversas variaciones en los procesos de ejecución, que se traducen en variaciones en las características y propiedades finales. En cualquier caso, el proceso principal y el que ha tenido más éxito en la mejora de las características estructurales y la durabilidad del hormigón ha sido el PIC. Sin embargo, desde principios de los años

48

setenta, como consecuencia de ser un material premezclado que cura bajo un amplio rango de temperatura y de sus excelentes propiedades (y a pesar de los problemas que pueden surgir en su proceso de endurecimiento, a los que más adelante se hará referencia), se ha producido un creciente incremento de las aplicaciones del PC. En cuanto a los PPCC, cabe decir que su éxito ha sido siempre escaso y sus aplicaciones más interesantes son aquellas en que el polímero se ha utilizado en forma de látex.

Los PC se han desarrollado más como alternativa a los PIC que a los hormigones de cemento convencionales, pues su alto precio obliga a restringir su empleo a casos muy concretos, entre los cuales cabe situar, sin duda, la reparación de tableros de puentes o de pavimentos de hormigón (en estas aplicaciones el coste del material resulta insignificante frente a las ventajas que suponen la alta resistencia, el rápido curado, la durabilidad, las menores repercusiones negativas en el tráfico, etc.).

Entre los hormigones a base de resinas más corrientemente empleados hay que señalar los PC de epoxi y los de poliéster. Dadas sus particularidades, los de epoxi se utilizan sobre todo en refuerzos y reparaciones de obras de fábrica, mientras que los de poliéster se utilizan para elementos prefabricados (el principal incon­veniente para un amplio uso de los PC de epoxi es, lógicamente, el precio, por lo que estas resinas se han utilizado más en másticos y morteros que en hormi­gones). También se han utilizado para la fabricación de PC las resinas de furano, el estireno (normalmente mezclado con poliéster) y el metacrilato de metilo.

En cualquier caso, para la elección del sistema monómero a incorporar en el PC hay que considerar criterios de coste, durabilidad, adhesividad con los áridos y posibilidad de polimerizar sin problemas a temparatura ambiente mediante téc­nicas de catálisis. La baja tensión de vapor es también una característica impor­tante, dado que así hay menos perdidas por evaporación y disminuyen los potenciales peligros de inflamación o explosión.

En general, una restricción importante es la necesidad de secar perfectamente los áridos antes de su utilización, si bien alguna resinas epoxi son menos afectadas por la humedad y, por tanto, las condiciones de secado pueden ser menos exigentes. El contenido de monómero de la mezcla debe ser el mínimo necesario para envolver los áridos y rellenar los huecos; un exceso del mismo sólo hará que fluya a la superificie dada su menor densidad relativa que el árido. Las técnicas de fabricación son una adaptación sencilla de las utilizadas para los hormigones de cemento convencionales. Sin embargo, se requieren precauciones especiales si se utilizan monómeros volátiles y potencialmente explosivos, tales como el metacrilato de metilo (en esos casos el mezclado se debe realizar en un sistema totalmente cerrado y en una zona perfectamente ventilada); otros productos pueden ser irritantes o tóxicos, por lo que también deben ser manipulados con cuidado.

Los PC se ponen en obra mediante moldes o encofrados (de madera, acero, vidrio

49

o cartón) similares a los usados con los hormigones convencionales, pudiéndose utilizar, a fin de facilitar el desencofrado o desmoldado, aceites vegetales, pa-rafina, geles de silicona,etc. Después de su colocación la mezcla debe ser compactada mediante vibración externa, apisonado, presión estática o aplicación de vacío, a fin de extraer el aire ocluido. El curado se puede llevar a cabo mediante radiación, termocatálisis o catálisis reactiva, en períodos de tiempo que pueden variar entre algunos minutos y varias horas, al cabo de los cuales, si la polimeri­zación ha sido completa, se alcanza el 100 por 100 de la resistencia final del material. Si el curado se realiza a temperatura ambiente mediante catálisis reactiva, previamente al mezclado con el árido ha de añadirse al monómero el catalizador (en cantidades entre el 0,5 y el 2 por 100 sobre peso de monómero). Estos catalizadores están formados por el catalizador propiamente dicho (peró­xido de hidrógeno, peróxido de metiletilcetona, peróxido de benzoilo, polvo de aluminio, azoisobutironitrilo) y por un acelerante (naftenato de cobalto, dimetila-nilina, dimetiltoluidina).

La exigencia de que los PC se preparen y endurezcan en medio seco es una de sus desventajas más graves desde el punto de vista tecnológico: la necesidad del secado de los áridos y del soporte, así como el mantenimiento de una baja humedad en el ambiente, complica claramente la aplicación en obra e, incluso, no permite, la mayor parte de las veces, las reparaciones rápidas en un pavimento de carretera. En lo que se refiere a los elementos prefabricados, lo esencial sería la eliminación del proceso de secado de los áridos. Esto es lo que ha llevado a la realización de estudios para la obtención de diversas variedades de PC capaces de endurecer en presencia de humedad.

3.6.2. Mezclas con polímeros termoplásticos

En 1975 y 1976 aparecieron en Francia las primeras patentes con procedimientos para la preparación de aglomerados a base de polietileno, lo que indujo a la Administración francesa a financiar en parte trabajos destinados a precisar el interés técnico y los límites económicos de la fabricación de mezclas en las cuales el betún fuera totalmente sustituido por polietileno. Dichos trabajos fueron de­sarrollados conjuntamente por el Laboratoire Departamental de PHérault y el Laboratoire de Chimie Appliquée de PÉcole Supérieure de Chimie de Montpellier. Sus conclusiones se pueden resumir en los siguientes puntos:

a) «El polietileno es un termoplástico de pequeña energía superficial, por lo que es poco adherente. Sin embargo es susceptible de oxidación por calenta­miento, bajo el efecto catalítico de las superficies minerales de los áridos, lo que le convierte en material adherente».

Esto no es sino una explicación teórica de un fenómeno fácilmente compro­bable en la práctica. En efecto, basta depositar sobre un vidrio una cierta cantidad de polietileno previamente fluidificado mediante calentamiento para ver que al enfriarse resulta muy fácil despegarlo de esa superficie, lo que no ocurre cuando se ha adherido el polietileno a los áridos.

50

b) «El grado de termooxidación, tal como puede ser químicamente apreciado con la ayuda, por ejemplo, de la espectrometría infrarroja, está directamente relacionado con los parámetros de proyecto (granulometría y naturaleza mineralógica del esqueleto mineral, contenido en polímero de la mezcla, características del polímero, etc.) y con las condiciones prácticas de prepa­ración de la mezcla (temperatura de mezclado, duración de este proceso, velocidad de enfriamiento, etc.)».

Si se admite que el grado de termooxidación alcanzado supone un determi­nado poder adherente, que se traduce a su vez en unas características mecánicas de la mezcla, los parámetros citados influyen de muy diferente forma. Es más, algunos de ellos, como son la duración del tiempo de mezclado y la velocidad de enfriamiento, quedan fijados desde un principio si se quiere estar ante un material comparable, desde un punto de vista de viabilidad técnica, con las mezclas bituminosas. Por otro lado, y desde ese mismo punto de vista, tampoco tiene mucho sentido el plantear la influencia de la natura­leza mineralógica del esqueleto mineral y las características del polímero como variables, pues, y así se ha considerado en la investigación presentada en este trabajo, una de las ventajas de las técnicas de sustitución total de los ligantes convencionales debe ser la adaptación sencilla a las condiciones de partida de los materiales, independientemente de su naturaleza más o menos favorable.

c) «Para un contenido dado de aglomerante, existe una relación entre el grado de oxidación y las propiedades mecánicas de la mezcla, que alcanzan un máximo en sus valores característicos para un grado de oxidación deter­minado».

Esta afirmación debe ser matizada a la luz de los resultados obtenidos en este trabajo y que en los siguientes capítulos se exponen con detalle. En efecto, si bien las propiedades mecánicas dependen de la temperatura de mezclado (y por tanto, según la investigación francesa, de ese citado grado de oxidación), el máximo de aquéllas no se alcanza dentro del rango económica y técnicamente adecuado de temperaturas de mezclado; además, aunque es lógico pensar que ese máximo se acabe alcanzando, la forma de las curvas obtenidas tampoco lo indica así en algunos casos.

d) «La forma de las curvas que relacionan el grado de oxidación del aglomerante y las propiedades mecánicas de la mezcla son función del índice de fluidez del polietileno empleado. Por otro lado, el mezclado es imposible con polietilenos cuyo índice de fluidez se a inferior a siete; las propiedades de las mezclas no son superiores a las de las mezclas bituminosas convencionales más que si dicho índice es superior a 19 y, finalmente, las relaciones inmersión-compre­sión no son superiores a 0,7 más que para índices de fluidez superiores a 70».

e) «Se pueden preparar en laboratorio, en condiciones óptimas, mezclas con un contenido de polietileno idéntico al contenido de betún de un aglomerado

51

clásico, con resistencias a compresión de 2,0 a 2,5 veces mayores y relacio­nes inmersión-compresión de 0,9».

Como se expone más adelante, estos aumentos de resistencia son del mismo orden de los conseguidos en el trabajo que aquí se presenta. Sin embargo, si, tal como afirman los investigadores franceses, dichos aumentos pretenden ser alcanzados con un porcentaje de polietileno idéntico al de betún de un aglomerado (aún considerando que en Francia los porcentajes habituales son algo mayores que en España), las condiciones óptimas son muy difíciles de conseguir. A estas matizaciones hay que añadir otra absolutamente funda­mental y que, sin duda, señala una de las grandes diferencias del trabajo desarrollado con respecto a la investigación francesa: en la fabricación de aglomerado, entendido como producto de calidad susceptible de ser utilizado en las capas superiores de un firme, no se ha trabajado con sustitución total del betún por polietileno, sino tan sólo parcial, considerando que ésta era la única forma de dotar al material de las características necesarias para tales capas (principalmente, la resistencia a los esfuerzos abrasivos). Con empleo exclusivo de polietileno como aglomerante, se ha proyectado un material apto para capas de base, no comparable desde ningún punto de vista a los aglomerados clásicos, sino a las gravas tratadas.

En estas investigaciones a las que se ha hecho referencia se emplearon polieti­lenos industriales, es decir, nuevos y, por tanto, de elevado coste. Era lógico, a la vista de los resultados obtenidos, proseguir los estudios empleando polietilenos de recuperación, que en Francia suponen varios cientos de miles de toneladas anuales. Sin embargo, el índice de fluidez de los polietilenos de recuperación era muy pequeño para permitir su utilización sin introducir modificaciones, por lo que se hizo necesario mezclarlo, con el encarecimiento que ello supone, con porcen­tajes importantes de ceras de polietilenos.

La afirmación de que los polietilenos de recuperación no pueden ser usados directamente como aglomerantes está en absoluta contradicción con los satisfac­torios resultados obtenidos por el autor de este trabajo. Ahora bien, mientras en el mismo se ha trabajado con polietilenos de recuperación procedentes de los residuos sólidos urbanos (son, por tanto, plásticos que no han sufrido ninguna alteración importante, aparte de su reducción a trozos de pocos milímetros de tamaño), los investigadores franceses, al hacer referencia a polietilenos de recuperación, contemplan los procedentes de procesos industriales de fabrica­ción de productos plásticos, en los que el polímero ha sufrido modificaciones físico-químicas y, como resultado, ha variado su índice de fluidez original.

52

CAPITULO IV:

MATERIALES Y MÉTODOS

4.1 . CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES BÁSICOS

Se hace referencia aquí a los áridos y ligantes bituminosos que, junto con el desecho plástico y mezclados en las proporciones adecuadas y con el método idóneo de fabricación, forman las dos unidades de obra estudiadas: la grava-plástico y las mezclas con plástico. A los desechos plásticos se les dedica el capítulo siguiente, en el que también se analizan las condiciones de fabricación de las probetas.

Como áridos y como ligante bituminoso se han escogido materiales comerciales con características convencionales, de manera que no se introdujesen variables que puediesen llegar a impedir el análisis de los efectos de la incorporación de los desechos. El plástico, por su parte, es un residuo específico; esta especificidad, sin embargo, es la que ha hecho posible la viabilidad del trabajo.

4.1.1. Áridos. Granulometrías

Se incluye dentro de los áridos el material que pasa por el tamiz 0,080 UNE (fíller) que, en todos los casos, es de la misma naturaleza y procedencia que el resto de la fracción fina empleada. Los áridos utilizados han sido:

a) Caliza de machaqueo de Arganda.

b) Esquisto de machaqueo de Aldeavieja.

c) Canto rodado machacado de Arganda (sílico-calcáreo).

En todos los casos se ha utilizado la caliza de Arganda como fracción fina (material que pasa por el tamiz 2,5 UNE, incluyendo, como se ha indicado, el fíller); como fracción gruesa se ha utilizado el esquisto de Aldeavieja en la mezcla con plástico (y en la mezcla bituminosa de referencia) y el canto rodado machacado de Arganda en la grava-plástico (y en la grava-cemento y grava-betún de referencia). Sin embargo, en una fase inicial también se ha utilizado el esquisto de Aldeavieja en la grava-plástico (se quería trabajar con un solo tipo de árido-grueso), pero se advirtió su inadecuación debido al método de fabricación de las probetas que acentuaba los efectos negativos de la lajosidad de este árido (fotografía 5.8).

55

En lo que se refiere a las granulometrías empleadas han sido las siguientes:

a) Mezcla con plástico y mezcla bituminosa de referencia.

Se ha tomado el centro del huso D 1 2 (PG-3/75, art. 542).

La razón de la elección de esta granulometría estriba en que se trata de una granulometría muy sensible a los cambios de ligante, siendo, por tanto, la más adecuada para un estudio de este tipo entre aquellas que están prescritas para mezclas bituminosas en caliente.

b) Grava-betún de referencia.

La granulometría adoptada es el centro del huso recomendado en la «Direc-tive pour la réalisation des assises de chaussées en graves-bitume et sables-bitume» y denominado «formule grenue» de la grava-betún GB 0/20:

TAMIZ (mm) % PASA

20 100 6 42,5 2 27,5 0,6 19,5 0,080 7,5

c) Grava-plástico.

Se empezó trabajando con una granulometría correspondiente al centro del huso GC 1 (PG-3/75, art. 513).

Se eligió esta granulometría dado que lo que se pretendía, entre otros aspectos, era comparar los resultados obtenidos en diferentes ensayos de la grava-plástico con los obtenidos con grava-cemento. Sin embargo, por las razones expuestas más adelante se pasó a fabricar las probetas de grava-plástico y a ensayarlas de forma similar a como se hace con las mezclas bituminosas para capas de base; consecuentemente se consideró oportuno utilizar una granulometría correspodiente al centro del huso G 20 (PG 3/75, art. 542). Además, los gruesos de esquisto de Aldeavieja que, como se ha señalado, se habían utilizado inicialmente en la grava-plástico se sustituyeron por gruesos sílico-calcáreos (canto rodado machacado de Arganda), entre otras razones por la ya indicada de evitar los efectos de la lajosidad de aquéllos.

4.1.2. Ligantes bituminosos

56

Los ligantes bituminosos han sido empleados en la mezcla con plástico y en la mezcla bituminosa y grava-betún de referencia. Se han utilizado betunes asfál-

ticos comerciales. Siguiendo las recomendaciones de la citada directiva francesa, para la grava-betún se ha trabajado con un betún B 40/50; en cambio, las mezclas con plástico, asícomo la mezcla bituminosa de referencia, han sido fabricadas con betún B 80/100.

Han existido varias razones para utilizar un betún de penetración 80/100 cuando lo habitual en España para mezclas bituminosas es la utilización de betunes de penetración 40/50 y 60/70. En primer lugar, se hace necesario un ligante no demasiado viscoso, de forma que con la incorporación del desecho plástico el aumento de viscosidad que se produce en la mezcla no haga que se precisen muy altas temperaturas, desaconsejables tanto porque pueden conducir a que el betún se oxide excesivamente como desde un punto de vista energético. La segunda razón estriba en el intento de demostrar cómo a pesar de utilizar un betún más blando (con lo cual, lógicamente, las mezclas fabricadas con él habrían de tener peores características frente a altas temperaturas o tiempos de apli­cación de carga elevados), al incorporar el plástico se consigue una mezcla de muy elevadas características, lo que hace suponer que con betunes más duros los resultados serían igualmente buenos. Finalmente, empleando betunes más blan­do se pueden conseguir mezclas más flexibles (por tanto, más resistentes a la fatiga), que serán idóneas si el plástico añadido consigue reducir, o incluso eliminar, la susceptibilidad frente a las deformaciones plásticas.

4.2. MÉTODOS DE ENSAYO

En este apartado lo que se pretende es, simplemente, ofrecer una referencia precisa sobre la forma en que se han obtenido los resultados que se analizan en el capítulo VI. No se trata, por tanto, de una exposición amplia, ya que, además, los métodos de ensayo utilizados son suficientemente conocidos en la técnica viaria.

4.2.1 . Ensayos de compresión simple

Para establecer las condiciones concretas de realización del ensayo se han tenido en cuenta los principios contenidos en diversas normas: NLT-161/83 (Resistencia a compresión simple de probetas cilindricas de suelos estabilizados con conglomerantes hidráulicos), NLT-310/79 (Fabricación y curado de probetas cilindricas de materiales granulares con o sin productos de adición compactadas con martillo vibrante) y UNE-7.242 (Ensayo de rotura por compresión de probetas de hormigón).

En la caracterización de las mezclas con plástico mediante ensayo de compresión simple las condiciones de ensayo adoptadas han sido las siguientes:

— Tipo de probetas: cilindricas, h = D= 101,6 mm.

— Fabricación: compactación estática, doble efecto, 17 t, 3 min.

— Temperatura de ensayo: 25° C.

57

— Velocidad de rotura: 5,08 mm/min.

Por otro lado, con el fin de evaluar la susceptibilidad térmica del material utilizando este ensayo, se ha procedido a la rotura de probetas a temperaturas diferentes de la indicada: 0,10,20,30,40,50 y 60° C. El resto de las condiciones del ensayo han sido las mismas.

En cuanto a la grava-plástico, se han empleado dos procedimientos:

a) Probetas fabricadas por vibración.

— Granulometría: centro del huso GC 1.

— Tipo de probetas: cilindricas (molde del ensayo CBR), h = 177,8 mm., D=152,4mm.

— Fabricación: martillo vibrante, cuatro capas, 20 s por capa.

— Temperatura de ensayo: 25° C.

— Velocidad de rotura: 350 kg/s (1,93 kg/cm2/s).

b) Probetas fabricadas por compactación estática:

— Granulometría: centro del huso G 20.

— Tipo de probetas: cilindricas, h = D= 101,6 mm.

— Fabricación: compactación estática, doble efecto, 17 t, 3 min.

— Temperatura de ensayo: 25° C.

— Velocidad de rotura: 150 kg/s (1,85 kg/cm2/s).

La grava-cemento de referencia se ha ensayado a compresión simple con pro­betas fabricadas por vibración, mientras que la grava-betún y la mezcla bituminosa G 20 lo han sido con probetas del segundo tipo.

Finalmente, de forma análoga a lo indicado para las mezclas con plástico, se ha procedido a la rotura de probetas, fabricadas por compactación estática, a temperaturas diferentes de la indicada: 0, 10, 20, 30,40, 50 y 60° C, manteniendo el resto de las condiciones del ensayo. De este modo se pretende evaluar la susceptibilidad térmica de la grava-plástico, apreciable, pero cuya importancia es menor que en el caso de las mezclas con plástico, pues en una capa de base las variaciones térmicas que se pueden producir son, normalmente, reducidas.

58

4.2.2. Ensayos de tracción indirecta (compresión diametral)

La normalización existente en España sobre este ensayo se contiene en la norma NLT-309/79 (Resistencia a tracción indirecta de probetas cilindricas de hormigón), no existiendo más que una pequeña experiencia sobre la aplicación del mismo a las mezclas bituminosas. Por esta razón se ha tenido también en consideración el documento de J. Huet, del Centre de Recherches Routiéres de Bélgica, titulado «Recherche d'un essai global pour le controle de la qualité des bétons hydro-carbonés: compression diametrale». Las condiciones finalmente adoptadas para el ensayo han tratado de ajustarse lo más posible al estudio específico planteado. Para las mezclas con plástico han sido las siguientes:

— Tipo de probetas: Marshall con 75 golpes por cara.

— Temperatura de ensayo: 25° C.

— Velocidad de rotura: 5,08 mm/min.

Análogamente a lo señalado para el ensayo de compresión simple, se ha realizado también el ensayo de tracción indirecta a temperaturas diferentes de la indi­cada: 0, 10, 20, 30, 40, 50 y 60° C.

Sobre la grava-plástico se ha llevado a cabo el ensayo con probetas fabricadas por vibración y con probetas fabricadas por compactación estática:

a) Probetas fabricadas por vibración:

— Granulometría: centro del huso GC 1.

— Tipo de probetas: cilindricas (molde del ensayo CBR), h = 177,8 mm., D= 152,4 mm.

— Fabricación: martillo vibrante, cuatro capas, 20 s por capa.

— Temperatura de ensayo: 25° C,

— Velocidad de rotura: 5,08 mm/min.

b) Probetas fabricadas por compactación estática:

— Granulometría: centro del huso G 20.

— Tipo de probetas: cilindricas, h = D= 101,6 mm.

— Fabricación: compactación estática, doble efecto, 17 t, 3 min.

— Temperatura de ensayo: 25° C.

— Velocidad de rotura: 5,08 mm/min.

59

Hay que llamar la atención sobre dos puntos:

1.° La grava-cemento de referencia se ha ensayado a tracción indirecta con probetas fabricadas por vibración, mientras que la grava-betún y la mezcla bituminosa G 20 lo han sido con probetas del segundo tipo.

2.° La velocidad de rotura de 5,08 mm/min resulta relativamente inferior en el primer caso, dado el mayor diámetro de las probetas.

Como en el ensayo de compresión simple, se ha realizado el de tracción indirecta, sobre probetas fabricadas por compactación estática, a temperaturas diferentes de la indicada: 0, 10, 20, 30, 40, 50 y 60° C.

4.2.3. Resistencia conservada tras inmersión en agua y en disolventes orgánicos

En España el ensayo de compresión simple se suele utilizar en mezclas bitumi­nosas únicamente como método indirecto de evaluación de la adhesividad árido-ligante y de la calidad del árido fino. Se hace refencia al llamado ensayo de inmersión-compresión, recogido en la norma NLT-162/83 (Efecto del agua sobre la cohesión de las mezclas bituminosas compactadas). El PG-3/75 lo prescribe para mezclas bituminosas no abiertas, tanto en frío como en caliente, y para gravas-emulsión.

En este trabajo se ha utilizado la determinación de la resistencia conservada tras inmersión en agua como método de evaluar la adhesividad árido-ligante, con el mismo espíritu que se hace con las unidades citadas, para las mezclas con plástico.

Para las probetas que se ensayan en seco se procede como se ha indicado en el ensayo de compresión simple. El resto de las probetas se ensayan exactamente igual, pero después de haberlas tenido sumergidas en agua a 49° C durante cuatro días (primer procedimiento de los dos contemplados por la citada norma).

No ya para evaluar la adhesividad árido-ligante, sino la resistencia de los mate­riales estudiados a las agresiones de disolventes orgánicos, muy frecuentes en determinados firmes (estacionamientos, carriles-bus de vías urbanas, etc.), se ha desarrollado un ensayo de resistencia conservada esencialmente igual al de inmersión-compresión, pero sustituyendo la acción del agua por la de un deter­minado disolvente orgánico. Aunque, como se ha venido señalando repetida­mente, la grava-plástico deba contemplarse como material para capas de base y, por tanto, no ha de sufrir directamente esas agresiones, se ha realizado también sobre ella el ensayo, a fin de tener un elemento más que permita su carac­terización.

En una fase previa se ha trabajado con tres disolventes: aceite lubrificante (SAE 20 W-40 HD), gasóleo A y gasolina de 90 NO. El período de inmersión era en todos los casos de veinticuatro horas y las temperaturas del disolvente de 25 y 60° C para

60

los dos primeros y de 25° C para la gasolina. Dado que tanto para las mezclas con plástico como para la grava-plástico la mínima resistencia conservada se obtenía con el gasóleo a 60° C (tablas 4.1 y 4.2), se adoptaron este disolvente y esta temperatura, siempre con el período de inmersión de veinticuatro horas, para el resto de los ensayos.

Aceite de motor SAE 20 W-40 HD

Gasóleo A

Gasolina 90 NO

25° C

60° C

25° C

60° C

25° C

índice de resistencia conservada

97%

84%

8 2 %

4 0 %

4 9 %

TABLA 4.1.—EFECTO DE DIVERSOS DISOLVENTES SOBRE UNA GRAVA-PLASTICO (6 % DE PLÁSTICO)

Aceite de motor SAE 20 W-40 HD

Gasóleo A

Gasolina 90 NO

25° C

60° C

25° C

60° C

25° C

índice de resistencia conservada

90%

77%

75%

59%

72%

TABLA 4.2.-EFECTO DE DIVERSOS DISOLVENTES SOBRE UNA MEZCLA CON PLÁSTICO (5 % DE BETÚN Y 2 % DE PLÁSTICO).

61

4.2.4. Ensayo Marshall

El ensayo Marshall es la base del método del mismo nombre para la dosificación de mezclas bituminosas no abiertas en caliente. En este trabajo se ha utilizado como un ensayo mecánico más de las mezclas con plástico, pero no propiamente como método de dosificación, aunque los resultados obtenidos muestren su adaptación también a estos materiales.

Cuando se estudió el empleo de los distintos tipos de virutas de desecho plástico producidos por la planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos, en vez de utilizar el ensayo de resistencia conservada (inmersión-compresión) descrito, se utilizó, al estar correlacionado con aquél, el ensayo Marshall después de haber mantenido las probetas durante veinticuatro horas en agua a 60° C. La rotura de las probetas, así como las demás fases del ensayo, se llevaron a cabo en todo según el procedimiento normalizado (NLT-159/73).

4.2.5. Ensayo de pista de laboratorio

Para evaluar la resistencia a las deformaciones permanentes de una mezcla bituminosa el ensayo habitualmente utilizado en España es el ensayo de pista de laboratorio (Wheel Tracking), según el procedimiento descrito en la norma NLT-173/83 (Resistencia a la deformación plástica de las mezclas bituminosas me­diante la pista de ensayo de laboratorio).

Puesto que, como se expondrá en profundidad más adelante, la influencia de la adición de plástico en la resistencia a las deformaciones permanentes puede considerarse muy notable, se planteó el estudiar si la misma se conservaba después de haber sometido a las probetas a la acción del agua. Esta duda se justificaba al comprobar que una mezcla bituminosa convencional, es decir, sin adición de plástico, sufría un aumento apreciable en su deformación permanente (tanto en lo que se refiere a su valor final como a la velocidad de evolución de la misma) si, previamente al ensayo, había estado sumergida un tiempo determinado en agua (fig. 4.1).

Una vez fabricadas las probetas se mantuvieron sumergidas en agua según dos opciones:

a) Durante veinticuatro horas a 60° C.

b) Durante siete días a 25° C.

El efecto de la acción del agua con ambas opciones es prácticamente el mismo, aunque algo más acusado en la primera de ellas, lo que unido al menor tiempo necesario hizo que esa fuese la escogida para la realización del ensayo. Tras sacar las probetas del agua se mantienen en estufa a 60° C durante quince horas de manera que la humedad residual sea inferior al 1 por 100 en el momento de comenzar el ensayo. Este se realiza con las mismas condiciones que en el proceso normalizado.

62

4.2.6. Recuperación del ligante de las mezclas

En el apartado 5.3 (Consideraciones sobre los posibles mecanismos de modi­ficación debidos al empleo de los desechos plásticos) se pretende mostrar cómo actúa el desecho plástico en las mezclas con plástico y en las gravas-plástico. Se analiza la hipótesis de que en aquéllas el ligante bituminoso sufra modificaciones en sus características reológicas por el hecho de estar en contacto, inicialmente a temperatura elevada, con el plástico. Para poder apreciar esas posibles modificaciones reológicas es preciso poder recuperar el ligante de las mezclas y sobre él realizar los ensayos normalizados de caracterización de materiales bituminosos.

La norma NLT-353/77 (Recuperación del ligante de mezclas bituminosas para su caracterización), que se corresponde con la norma IP 105/75, «describe el procedimiento que debe seguirse para la recuperación del ligante de mezclas bituminosas, con objeto de realizar con él ensayos para su caracterización; el proceso de separación y recuperación del ligante según este procedimiento, asegura una alteración mínima de sus propiedades».

64

CAPITULO V:

EL DESECHO PLÁSTICO. BASES DE SU UTILIZACIÓN

COMO MATERIAL DE FIRMES

CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DEL DESECHO PLÁSTICO

Los desechos plásticos analizados en este tabajo con vistas a su aprovecha­miento como material de firmes de carreteras constituyen una de las fracciones procedentes del tratamiento integral de residuos sólidos urbanos en la planta que está instalada en el vertedero de Valdemingómez (Madrid).

Separado el conjunto de plásticos del resto de las fracciones del residuo, en la planta de Valdemingómez se procede al triaje de botellas y envases diversos, quedando una fracción denominada «plástico-film», formada por bolsas y en­voltorios. A continuación estos desechos son sometidos a un troceado en un molino desgarrador, de forma que lo que resultan son trozos, aproximadamente cuadrados, de unos 3,5 cm de lado y espesor el de las bolsas o envoltorios de los que proceden. Estos trozos de plástico están extraordinariamente contaminados por polvo y grasa, por lo que en una siguiente fase se procede a su lavado con agua. Finalmente, los trozos limpios pasan a otro molino desgarrador en el cual, durante una serie de minutos, la acción mecánica se combina con la de una corriente de aire caliente; el resultado es un conjunto de virutas de plástico, de tamaño relativamente uniforme, con el aspecto que se puede apreciar en las fotografías 5.1 y 5.2. En estas condiciones, el desecho puede ser almacenado, y en su caso ensacado, sin mayores problemas, salvo las precauciones que se derivan del bajo peso específico del plástico y de la muy baja densidad aparente de las virutas.

Para el aprovechamiento del desecho se ha tanteado la utilización de trozos sin lavar, trozos lavados y virutas obtenidas con diversos tiempos de permanencia en el proceso final de desgarro y aire caliente. Los resultados logrados con cada una de estas formas de presentación se detallan más adelante. Sin embargo, cabe adelantar que con trozos sin lavar son muy negativos, además de los problemas latentes derivados de la suciedad. Con los trozos lavados los resultados conse­guidos son aceptables, pero esta forma de presentación del desecho plantea problemas de almacenamiento, transporte y manejabilidad evidentes. En lo rela­tivo a las virutas, inicialmente eran el resultado de quince minutos de permanencia en el proceso final; después de analizar los resultados que se recogen en el siguiente apartado se decidió que un tiempo de cinco minutos era suficiente, por lo que todo el trabajo se ha realizado con virutas obtenidas así, sin necesidad de ningún tratamiento posterior en laboratorio.

67

FOTO 5.1 .-DESECHO PLÁSTICO EN LA FORMA EMPLEADA COMO MATERIAL DARA FIRMES.

FOTO 5.2.-DETALLE DE LAS PARTÍCULAS DEL DESECHO PLÁSTICO EMPLEADO.

58

Este desecho, a pesar de la aparente heterogeneidad que puede apreciarse en las fotografías, se caracteriza por ser de una elevada pureza (más del 90 por 100 es polietileno, estando formado el resto por pequeñas cantidades de espumas, fibras, partículas minerales, etc.), más que suficiente para el aprovechamiento que se pretende.

Para una caracterización física sencilla del desecho, se ha procedido a la deter­minación de su granulometría, densidad aparente y peso específico, como si se tratase de un árido, aunque siendo conscientes que la búsqueda de la sencillez en los métodos de análisis puede traducirse en errores apreciables, dado que el desecho no está formado por partículas granulares como las de un árido, sino por unas virutas extraordinariamente ligeras y de forma muy variable. Además, se debe tener presente que, durante el proceso de fabricación de las mezclas con plástico o de la grava-plástico, las virutas sufren un proceso de calentamiento que las reblandece y aglomera entre sí, con lo que la granulometría con la que entran a formar parte de la mezcla puede ser diferente de la hallada mediante tamizado.

El peso específico de las partículas de plástico se ha llevado a cabo en aceite de parafina a una temperatura de 25° C, por aplicación de la norma NLT-167/74, siendo el resultado obtenido de 0,964 g/cm3.

La densidad aparente del conjunto del desecho, medida según la norma NLT-156/72, ha sido de 0,255 g/cm3, si bien ha de tenerse en cuenta que, en la práctica, este valor va a depender directamente del sistema de almacenamiento elegido (de todos modos, se puede considerar el valor de 0,500 g/cm3 como un límite superior).

Finalmente, la granulometría de las virutas que componen el desecho se ha determinado por tamizado, según la norma NLT-150/72. En la figura 5.1 se representa el huso granulométrico obtenido a partir del análisis de muestras de 10 sacos recibidos en momentos diferentes.

5.2. FORMAS DE PRESENTACIÓN DE LOS DESECHOS

Se ha aludido anteriormente a que los problemas iniciales en el trabajo experi­mental radicaron en la elección de un desecho adecuado y en la forma de incorporación del mismo como material de firmes. Resuelto el primer problema, en lo referente al segundo se llegó a la conclusión de que la forma más sencilla de aprovechamiento del desecho era su incorporación directa a la mezcla, sin intentar una modificación previa del betún. Es decir, el plástico es un componente más, como lo son el cemento, el agua, la arena y la grava en un hormigón o el betún, el fíller y los áridos en una mezcla bituminosa.

Sin embargo, ¿cómo lograr que se manifieste el poder aglomerante del plástico? La única forma de conseguirlo consiste en añadir el plástico a los áridos calen­tados previamente a temperatura elevada, pero, por supuesto, sin tener que calentar aquél. En suma, el proceso es, en el caso de la grava-plástico, más simple

69

70

que la fabricación de una mezcla bituminosa, pues no hay que calentar el ligante; en el caso de la mezcla con plástico, la principal complejidad que se introduce es la de tener que dosificar un componente más.

Una vez realizado el proceso de mezclado, el aspecto de una mezcla con plástico es exactamente el mismo que el de una mezcla bituminosa convencional con igual porcentaje de betún. Por su parte, el aspecto de una grava-plástico tras el mezclado y antes de la compactación es el que se presenta en la fotografía 5.3, en comparación con los áridos antes de añadirles el plástico. La diferencia radica en la presencia de los desechos, más o menos aglomerados, y en que éstos han «absorbido» las partículas más finas del árido.

Se exponen a continuación los resultados en los que se ha basado la elección, como forma de presentación de los desechos plásticos, de las virutas obtenidas tras una permanencia de cinco minutos de los trozos de «plástico-film» en el molino desgarrador con aire caliene que representa el proceso final de la planta de tratamiento de residuos.

En primer lugar se han comparado los trozos de plástico sin lavar, los trozos lavados y las virutas. Dado el elevadísimo volumen que representa incluso un pequeño porcentaje ponderal de trozos de plástico (mucho mayor, por supuesto, que el que representan las virutas), se ha trabajado con probetas de grava-plástico fabricadas por vibración, dado que éstas son las de mayor volumen de todas las utilizadas en el estudio y, por tanto, las más adecuadas al tamaño de los trozos de plástico (cuadrados de unos 3,5 cm de lado). El porcentaje de plástico empleado, sobre peso seco de áridos, ha sido del 9 por 100.

Las resistencias a compresión simple obtenidas han sido:

a) Para los trozos no lavados, del 53 al 58 por 100 de las obtenidas con las virutas, dependiendo de la temperatura de compactación.

b) Para los trozos lavados, del 78 al 86 por 100 de las obtenidas con las virutas, también dependiendo de la temperatura de compactación.

La influencia de la temperatura de compactación se analiza en el apartado 5.3.2, pero es fácil comprender que, en este proceso comparativo que se acaba de exponer, radica en que una mayor o menor temperatura se traduce en una mayor o menor aglomeración de los trozos de plástico, derivándose, por tanto, compor­tamientos diferentes.

Aparte de las sensiblemente menores resistencias conseguidas con los trozos sin lavar se rechazó su posible utilización debido a su alto potencial contaminante, pues están fuertemente impregnados de partículas minerales y de grasas, que al entrar en contacto con los áridos calientes desprenden abundante humo. En cuanto a la menor resistencia, es muy probable que su origen esté también en esos elementos contaminantes: las partículas minerales suponen una alteración

71

FOTO 5.3.-MUESTRA DE GRAVA-PLASTICO TRAS EL PROCESO DE MEZCLADO (IZQUIERDA) Y ÁRIDOS UTILIZADOS (DERECHA).

de la granulometría estudiada y las grasas dificultan la adherencia con el árido al lubrificar el contacto.

Por su parte, los trozos lavados son rechazables, más que por la merma de resistencia, por ser difícilmente manejables. La envuelta y la compactación son muchísimo más difíciles que con las virutas y de ahí, precisamente, que se alcancen menores resistencias.

La segunda fase del proceso de selección de la forma de presentación del desecho plástico consistió en comparar diferentes tipos de virutas, según el tiempo de permanencia en el molino desgarrador con aire caliente: cinco, diez y quince minuntos. Granulométricamente, la única diferencia es que las curvas granulométricas de las virutas correspondientes a diez y quince minutos se sitúan en la zona superior del huso (fig. 5.1) y que la cola correspondiente a los tamaños superiores no existe.

Para evaluar las resistencias conseguidas con cada tipo de virutas, se ha traba­jado tanto con grava-plástico sometida a compresión simple, igual que en la fase anterior, como con mezcla con plástico sometida al ensayo Marshall según la versión normalizada y tras inmersión.

72

Las resistencias a compresión simple obtenidas con la grava-plástico (con un 9 por 100 de desecho sobre peso seco de árido) han sido:

a) Para las virutas de diez minutos, del 100 por 100 de las obtenidas con las virutas de quince minutos.

b) Para las virutas de cinco minutos, del 97 por 100 de las obtenidas con las virutas de quince minutos.

Los valores de los parámetros Marshall (densidad, estabilidad y estabilidad conservada tras inmersión) obtenidos con la mezcla con plástico (con un 3 por 100 de betún y un 4 por 100 de desecho, ambos sobre peso seco de árido) han sido las que se resumen en la figura 5.2 (en ella las zonas rayadas representan las pérdidas de estabilidad tras inmersión).

A la vista de estos resultados parece claro que las diferencias derivadas de utilizar unas u otras virutas son absolutamente despreciables. Por tanto, como se indicó en el apartado anterior, se ha trabajado finalmente con virutas de cinco minutos, pues su proceso de obtención es más rápido, lo que redunda en ahorros, que pueden llegar a ser importantes, en la planta de tratamiento de residuos.

5.3. ESTUDIO DE LAS CONDICIONES DE FABRICACIÓN DE LAS PROBETAS EN LABORATORIO

5.3.1. Influencia del orden de incorporación de los componentes'

Este apartado se refiere sólo a las mezclas con plástico, pues en la grava-plástico únicamente existen dos componentes, árido y desecho plástico, cuyo proceso de mezclado es unívoco: a los áridos calientes se les incorpora el plástico frío. En cambio, en las mezclas con plástico, al existir cuatro componentes (áridos, fíller, betún, desecho plástico), se pueden considerar diferentes órdenes de incorpo­ración de los mismos a la mezcla.

Se trata de saber cuál es el orden de incorporación más adecuado, en función de dos factores: la facilidad del proceso de envuelta (teniendo en cuenta también cómo se desarrolla en una planta asfáltica) y las resistencias conseguidas.

En todos los casos, a los áridos calientes se les van añadiendo los otros componentes de forma sucesiva, cuando los anteriores ya están perfectamente mezclados. Existen, lógicamente, seis posibilidades: betún-fíller-plástico, betún-plástico-fíller, plástico-betún-fíller, plástico-fíller-betún, fíller-betún-plástico y fíller-plástico-betún.

Los ensayos de resistencia llevados a cabo han sido el ensayo Marshall y el de tracción indirecta (compresión diametral), sobre una mezcla con plástico con un 3 por 100 de betún y un 4 por 100 de desecho, ambos sobre peso seco de árido.

73

FIG. 5.2.— VALORES DE PARÁMETROS MARSHALL (SOBRE ÍNDICE 100)

DE MEZCLAS CON PLÁSTICO FABRICADAS CON DIFERENTES

FORMAS DE PRESENTACIÓN DEL RESIDUO

FIG. 5.3. - VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE CON LA TEMPERATURA DE FABRICACIÓN EN PROBETAS DE GRAVA-PLÁSTICO COMPACTADAS ESTÁTICAMENTE

74

Las diferencias entre unos resultados y otros no son significativos, por lo que la elección final se ha realizado bajo las premisas indicadas de facilidad en el proceso de envuelta e introducción de las menores variaciones posibles en el funcionamiento de una planta asfáltica. Por tanto, el proceso de incorporación de los componentes de la mezcla con plástico que se ha empleado durante todo el estudio ha sido el siguiente: a los áridos calientes se les añade el betún también caliente; conseguida la envuelta se incorpora el fíller sin calentar; finalmente, entra a formar parte de la mezcla el desecho plástico, con cuya envuelta termina el proceso.

5.3.2. Temperaturas de fabricación

Entre las posibles variables que cabe considerar en la fabricación de los materiales estudiados, una de las más importantes es, sin duda, la temperatura de mezclado. En efecto, por debajo de una determinada temperatura el plástico no se reblandece suficientemente y, por tanto, no puede desarrollar su poder aglome­rante. Temperaturas muy elevadas, en cambio, supondrían una oxidación excesiva del plástico y, en su caso, del betún, pero sobre todo son desaconsejables desde un punto de vista energético.

En las mezclas bituminosas convencionales la temperatura óptima se fija a partir de la curva viscosidad-temperatura del betún. En este estudio lo que se ha hecho para tratar de llegar a esa temperatura óptima es analizar los efectos producidos en diversas características de las mezclas con plástico cuando la temperatura de mezclado varía entre 130 y 180° C. Sin embargo, en todos los gráficos que se incluyen más adelante, la variable de referencia no es la temperatura de mezclado, sino la de compactación de las probetas, que se considera siempre 10o C inferior a la anterior.

a) Grava-plástico.

Se ha trabajado con gravas-plástico con dos porcentajes diferentes de desecho (6 y 9 por 100) y compactación de las probetas tanto vibratoria como estática (en el apartado siguiente se analizan las diferencias entre uno y otro sistema de compac­tación).

En lo que se refiere a la resistencia a compresión simple la ganancia con la temperatura es prácticamente lineal y mucho más importante en las probetas compactadas estáticamente (fig. 5.3) que en las compactadas vibratoriamen­te (fig. 5.4).

En los ensayos de tracción indirecta las consideraciones que se pueden hacer son muy similares (figs. 5.5 y 5.6).

Sin embargo, hay que llamar la atención sobre dos puntos que marcan un comportamiento diferente en el ensayo de tracción indirecta que en el de compresión simple. Por un lado, aunque el crecimiento de la resistencia sigue

75

FIG. 5 .4 .— VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE CON

LA TEMPERATURA DE FABRICACIÓN EN PROBETAS DE

GRAVA- PLÁSTICO COMPACTADAS VIBRATORIAMENTE

FIG. 5.5.— VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA CON

LA TEMPERATURA DE FABRICACIÓN EN PROBETAS DE

GRAVA-PLÁSTICO COMPACTADAS ESTÁTICAMENTE

FIG. 5.6.— VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA CON

LA TEMPERATURA DE FABRICACIÓN EN PROBETAS DE

GRAVA-PLÁSTICO COMPACTADAS VIBRATORIAMENTE

FIG. 5 . 7 . - VARIACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS MARSHALL (DENSIDAD) DE MEZCLAS CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA DE FABRICACIÓN

77

siendo más importante en las probetas compactadas estáticamente que en las compactadas por vibración, la diferencia es mucho menos acusada que en el ensayo de compresión simple

Por otro lado, en las probetas compactadas estáticamente el crecimiento de la resistencia a tracción es menor con el 9 por 100 de plástico que con el 6 por 100, en contra de lo que ocurre en todos los demás casos y de lo que era lógico esperar.

Como conclusiones de este estudio de la influencia de la temperatura de fabri­cación en las características mecánicas de la grava-plástico se pueden señalar, consecuentemente con los resultados expuestos, las siguientes:

— Las resistencias, tanto a compresión como a tracción, aumentan con la temperatura de fabricación.

— El efecto de la temperatura de fabricación es más acusado en las gravas-plástico compactadas estáticamente que en las compactadas por vibración.

— El efecto de la temperatura de fabricación tiende, en general, a ser más acusado cuanto mayor sea el contenido de plástico.

b) Mezclas con plástico.

A fin de poder disponer de una amplia gama de valores (lo que es más importante en las mezclas con plástico que en la grava-plástico, puesto que en aquéllas son dos los componentes susceptibles a las variaciones de la temperatura), se ha trabajado con seis mezclas con plástico, resultantes de combinar dos porcentajes de plástico (el 4 y el 6 por 100) y tres de betún (el 1, el 2 y el 3 por 100).

Los resultados del ensayo Marshall sobre estas mezclas se han grafiado en las figuras 5.7 a 5.10.

También en consonancia con los resultados anteriores están los correspondientes al ensayo de tracción indirecta (fig. 5.11.) y al de inmersión-compresión (figs. 5.12. y 5.13.). En definitiva, las características mecánicas de las mezclas con plástico crecen con el aumento de la temperatura de fabricación de las mismas y de forma más acusada cuanto mayor sea el porcentaje de plástico que contengan.

Para la obtención de los resultados que se recogen en el capítulo VI las temperaturas con las que se han fabricado las probetas han sido 155-160° C (145-150° en la compactación) en el caso de la grava-plástico y 155° C (145° C en la compactación) en el caso de las mezclas con plástico, siendo estas últimas temperaturas precisamente las adecuadas al betún B-80/100 utilizado, con lo que queda garantizado que éste entra a formar parte de la mezcla con la viscosidad idónea.

78

FIG. 5.8.— VARIACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS MARSHALL (ESTABILIDAD)

DE MEZCLAS CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

DE FABRICACIÓN

FIG. 5 . 9 . - VARIACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS MARSHALL (DEFORMACIÓN) DE MEZCLAS CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA DE FABRICACIÓN

79

FIG. 5 . 1 0 . - VARIACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS MARSHALL (HUECOS EN MEZCLA) DE MEZCLAS CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA DE FABRICACIÓN

FIG. 5 . 1 1 . - VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA DE

MEZCLAS CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

DE FABRICACIÓN

80

FIG. 5 . 1 2 . - RESULTADOS DEL ENSAYO DE INMERSIÓN - COM PRESIÓN (RESISTENCIA EN SECO) DE MEZCLAS CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA DE FABRICACIÓN

FIG. 5 . 1 3 . ~ RESULTADOS DEL ENSAYO DE INMERSIÓN - COMPRESIÓN (RESISTENCIA CONSERVADA) DE MEZCLAS CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA DE FABRICACIÓN

81

5.3.3. Sistemas de compactación

La importancia de este apartado radica no sólo en el interés de definir unas condiciones idóneas de compactación de las probetas en laboratorio, sino también en que las conclusiones a las que se llega pueden tener trascendencia en el proceso de puesta en obra de los materiales estudiados.

La norma NLT-310/79 describe el procedimiento de «fabricación y curado de probetas cilindricas de materiales granulares con o sin productos de adición compactadas con martillo vibrante» y es la que se sigue en España para la fabricación en laboratorio de probetas de materiales tratados con conglomerantes hidráulicos. Por esta razón, en este estudio se empezaron fabricando vibratoria­mente las probetas de grava-plástico. Dado que los resultados obtenidos eran francamente deficientes, se pasó con posterioridad a la compactación estática, sistema con el que se consigue un material de gran calidad, perfectamente homogéneo y con una apariencia muy semejante a la de una grava tratada con una alta proporción de conglomerante (fotografía 5.4).

Las diferencias entre uno y otro sistema de compactación se pueden apreciar tanto cuantitativa como cualitativamente. Cuantitativamente, las densidades de las probetas compactadas por vibración no sobrepasan, en el mejor de los casos, el 90 por 100 de las que se consiguen con la compactación estática. Pero no sólo son menores las densidades, sino fundamentalmente las resistencias mecánicas: del orden, tan sólo, del 30 por 100 en compresión simple y del 20 por 100 en tracción indirecta (véase el capítulo VI).

En el aspecto cualitativo, al compactar las probetas por vibración se empieza por observar cómo se desprende una gran cantidad de polvo, al no ser capaces las virutas de plástico de fijar las partículas minerales más finas. Se ha probado incluso con granulometrías en las que se ha eliminado totalmente la fracción que pasa por el tamiz 0,080 UNE, pero no se han conseguido mejoras apreciables. Paralelamente, se puede observar en la fotografía 5.5. que con la compactación vibratoria quedan coqueras muy apreciables, estando las áridos gruesos separa­dos de la masa que forman los finos y el plástico. Por otro lado (fotografía 5.6.), cuando el desecho plástico se incorpora en un porcentaje algo elevado tiende a estratificarse, de forma que no sólo se acentúa la tendencia de los gruesos a quedar desprendidos, sino que se forman planos que hacen aún más patente la anisotropía del material.

Finalmente, se puede observar que la cohesión que en uno y otro caso proporciona el plástico es muy diferente. Mientras en la fotografía 5.7. se ve cómo una probeta compactada estáticamente rompe a compresión diametral de una forma «limpia» (el plano de rotura está perfectamente definibo al haberse roto los áridos que lo interceptaban), en la 5.8. se aprecia que las probetas compactadas por vibración rompen por desprendimiento de los gruesos, no entrando, por tanto, en juego la resistencia de los mismos. Además la vibración puede agravar, como en este caso, el problema de la posible lajosidad de los gruesos.

82

En cuanto a las mezclas con plástico, compactando las probetas mediante presión estática se obtienen densidades que oscilan, según el porcentaje de plástico, entre el 99 y el 107 por 100 de la densidad Marshall (compactación por impactos), cuando con una mezcla bituminosa cerrada convencional la relación no so­brepasa normalmente el 98 por 100. En las probetas utilizadas en el ensayo en pista de laboratorio (fabricadas por vibración), las densidades obtenidas oscilan en todos los casos entre el 95 y el 96 por 100 de la densidad Marshall corres­pondiente, mientras que en las mezclas convencionales la relación es del 98 por 100, lo que indica que el sistema de compactación por vibración también es el más desfavorable, de los habitualmente utilizados en laboratorio, en el caso de las mezclas con plástico.

5.4. CONSIDERACIONES SOBRE LOS POSIBLES MECANISMOS DE MODIFICACIÓN DEBIDOS AL EMPLEO DE LOS DESECHOS PLÁSTICOS

Uno de los puntos más conflictivos de este estudio es quizá el referente a la justificación teórica de los resultados conseguidos con la incorporación de los desechos plásticos. Está claro que no basta con saber simplemente si dichos resultados son o no positivos, pues eso reduciría el estudio, en buena medida, a la categoría de proceso empírico alejado del método científico y dejaría las conclu-

FOTO 5.4.-SECCIONES TRANSVERSALES DE PROBETAS DE GRAVA-PLASTICO COMPACTADAS ESTÁTICAMENTE.

83

FOTO 5.5-PROBETAS DE GRAVA-PLASTICO COMPACTADAS POR VIBRACIÓN (IZQUIERDA) Y ESTÁTICAMENTE (DERECHA).

FOTO C\6 -PROBETA DE GRAVA-PLASTICO COMPACTADA POR VIBRACIÓN, EN LA QUE SE APRECIA LA ESTRATIFICACIÓN DEL PLÁSTICO.

84

FOTO 5.7.-PROBETA DE GRAVA-PLASTICO COMPACTADA ESTÁTICAMENTE Y ROTA A COMPRESIÓN DIAMETRAL.

FOTO 5.8.-PROBETA DE GRAVA-PLASTICO COMPACTADA POR VIBRACIÓN Y ROTA A COMPRESIÓN DIAMETRAL.

85

siones que se obtuviesen sin aplicación fuera de todo ámbito que no representase sino la repetición estricta de dicho proceso. En sentido contrario, tampoco se trata de descender a nivel molecular para explicar los mecanismos de actuación de las partículas de plástico, pues, aparte de las dificultades que ello entraña, supondría olvidarse de que lo que se está estudiando son materiales de construcción con un interés tecnológico y no meros compuestos químicos.

Por tanto, lo que se ha de buscar es una explicación causal en un nivel intermedio, que cabría denominar de aplicación, en el sentido de enmarcar las líneas de investigación emprendidas dentro de uno u otro de los apartados del capítulo III.

En definitiva, es preciso analizar cuál es la misión del desecho plástico en el material. Existen cuatro posibles papeles que, plausiblemente, puede desempeñar el desecho y de los que derivarían los resultados obtenidos: fíller, aglomerante, refuerzo y modificador del ligante bituminoso.

5.4.1 . Función de fíller

Es bien sabido que se denomina fíller a la fracción mineral de una mezcla bituminosa que pasa por el tamiz 0,080 UNE y cuya misión es formar con el ligante un mástico que, rellenando los huecos del esqueleto mineral, confiere a la mezcla unas características viscoelásticas típicas. El comportamiento de una mezcla bituminosa depende en buena medida de la naturaleza de su fíller y de la proporción del mismo o, mejor dicho, de la relación ponderal fíller/betún.

El desecho plástico utilizado en las que se han denominado mezclas con plástico no tiene nada que ver con el esquema anterior, como se va a exponer a continuación; si se analiza su posible función como fíller se debe a que es común entre los que aplican este tipo de tecnologías denominar así a las partículas de plástico, siendo, seguramente, la razón principal la manera en la que entran a formar parte de la mezcla en el correspondiente proceso de mezclado: es, como el fíller propiamente dicho, una fracción que no se calienta previamente y que se incorpora al mezclador una vez que el árido grueso ha sido envuelto por el ligante.

En primer lugar, las partículas de plástico tienen un tamaño muy superior a los 0,080 mm: recuérdese que más del 90 por 100 en peso es retenido en el ta­miz 0,63 UNE, y que, como mucho, sólo el 2 por 100 pasa por el 0,080 UNE. Pero, además, su misión no es rellenar huecos del esqueleto, sino, al contrario, con­formar mezclas no excesivamente cerradas; aunque, por un lado, esto se debe a que es difícil densificar las mezclas con plástico dado que las partículas de desecho las «acolchonan», por otro lado la razón estriba (sobre este punto se insistirá en el apartado siguiente) en que dichas partículas sirven de puente entre los gruesos, a los que mantienen separados en cierta forma a la vez que perfectamente unidos.

En segundo lugar, las partículas de desecho y el betún no trabajan conjuntamente en forma de mástico como en el caso del sistema fíller-betún, tanto por el tamaño

86

de dichas partículas como por el hecho de que el contenido de betún no se aumenta para poder envolver los dos «fílleres», sino que incluso se disminuye.

Finalmente, el plástico mejora sensiblemente las características de la mezcla, pero en diferente sentido a como lo hace un fíller de calidad. En una mezcla bituminosa el aumento de fíller se traduce en disminución de la susceptibilidad térmica y, paralelamente, en una cierta disminución de la resistencia a la tracción; en las mezclas con plástico, el aumento de desecho supone más resistencia a la tracción mientras que la susceptibilidad térmica apenas varía, medida en términos de resistencia mecánica, aunque aparece un considerable aumento de la resis­tencia a las deformaciones permanentes.

5.4.2. Función de aglomerante

La función de aglomerante del desecho plástico queda patente en la grava-plástico, material con un excelente comportamiento mecánico y en el que no existe ningún ligante bituminoso o conglomerante hidráulico complementario. La explicación teórica del desarrollo del poder aglomerante del plástico ha sido dada por Falgayrettes y ya se ha recogido anteriormente, pero, desde un punto de vista que cabría denominar supramolecular, es necesario aclarar la forma de trabajar de las partículas del desecho con relación a las partículas de árido. En este sentido, la misión del plástico es doble: por un lado, fijar los finos, tanto más eficazmente cuanto mayor es la temperatura del proceso de compactación y siempre que éste se desarrolle estáticamente; por otro lado, según se apuntaba en el apartado anterior, las partículas de plástico no envuelven los gruesos, sino que los unen puntualmente. Estas uniones puntuales son las que determinan las altas resis­tencias mecánicas de la grava-plástico, así como su notable flexibilidad; son también, por su configuración, la causa de que superficialmente la estructura del material no sea suficientemente cerrada y, por tanto, no muy resistente a esfuerzos abrasivos. Sobre la susceptibilidad de dichas uniones a las variaciones de tem­peratura o a la acción de disolventes se tratará en el capítulo siguiente.

El caso de las mezclas con plástico, dejando aparte las posibles funciones de las partículas de desecho como elemento de refuerzo o como modificador del ligante bituminoso, es similar al de las gravas-plástico, aun no siendo válida la explicación simplista de que se trataría de un material resultante de combinar las propiedades de una mezcla bituminosa y de una grava-plástico. El comportamiento de la mezcla con plástico muestra que se trata, en suma, de una mezcla bituminosa (véanse en el apartado 6.6.1. los resultados del ensayo Marshall) en la que parte del ligante convencional ha sido sustituido por un ligante de características especiales que confiere a la mezcla unas características también especiales (altas resistencias mecánicas, capacidad de deformación y resistencia a las defor­maciones permanentes).

Siendo pues la principal misión del plástico en ambos materiales estudiados la de aglomerante, el capítulo VI se dedica casi íntegramente a analizar cómo varían las propiedades de los mismos cuando varía el contenido de dicho aglomerante, de

87

manera similar a como se llevaría a cabo si se tratase de un ligante bituminoso o de un conglomerante hidráulico.

5.4.3. Función de refuerzo

El refuerzo de mezclas bituminosas mediante plásticos tiene en principio dos vertientes, según la forma bajo la que se incorporan los mismos: trozos o fibras. En ambos casos son necesarias unas dimensiones mínimas, notablemente superiores a las de las virutas empleadas en este trabajo. Sin embargo, como se muestra fehacientemente en la fotografía 5.9., tras el proceso de mezclado y compactación una parte del plástico (aquélla que no desempeña directamente el papel de aglomerante, por lo que en las gravas-plástico, en la que la cantidad de desecho incorporado es la necesaria para producir esas uniones puntuales a las que se aludía más arriba, este efecto no se desarrolla; sí en cambio, como se puede observar, en las mezclas con plástico que tengan una cantidad suficiente de betún y de plástico) se «reagrupa» formando un entramado de hilos que resisten en la dirección de la solicitación.

Este es, sin duda, uno de los avances fundamentales de este trabajo, siendo dos las razones que lo avalan:

FOTO 5.9.-PROBETA DE MEZCLA CON PLÁSTICO ROTA A COMPRESA DIAMETRAL.

88

1.a) A partir de un desecho heterogéneo y mediante un proceso sin compleji­dades notorias, se consigue un efecto en cierto modo similar al que propor­cionan materiales manufacturados que requieren complicados procesos de puesta en obra.

2.a) El poner de manifiesto la formación de hilos de plástico en el interior de la mezcla explica en parte, lo que sería difícil de otra forma, algunos de los resultados obtenidos.

5.4.4. Función de modificador del ligante bituminoso

Como se ha expuesto en el capítulo III, la incorporación de plásticos a los materiales de construcción de firmes ha tenido hasta el momento actual como misión principal la modificación de los ligantes bituminosos. Pero en ese mismo capítulo se ponían de manifiesto las dificultades que surgen cuando el plástico es polietileno y el ligante bituminoso es betún asfáltico. Shields ya señalaba que la única forma viable de conseguir la incorporación era la elevación de las tempera­turas de mezclado. Actualmente, los procesos industriales puestos a punto, tales como el reseñado por Gragger, son extremadamente sofisticados y en ellos se alcanzan temperaturas próximas a los 300° C junto con ausencia de aire, a fin de evitar la oxidación tanto del polietileno como del betún.

Ya se ha indicado anteriormente que en este trabajo se ha ido, precisamente, a la búsqueda de un proceso de mezclado tan simple como el que se utiliza en las mezclas bituminosas convencionales, sin pretender la modificación del ligante. Parece, pues, que estaría de más estudiar esta posible modificación. Sin embargo, se ha planteado su necesidad como una vía más de explicar los resultados obtenidos y por algunos indicios que hacían pensar que, en contra de lo esperado, se producía una cierta disolución del polietileno en el betún.

En efecto, la aplicación del procedimiento descrito en la norma NLT-164/76 (Contenido de ligante de mezclas bituminosas) a las mezclas con plástico ha proporcionado unos resultados que, por un lado, indican la dificultad de llevar a cabo la determinación del contenido de ligante en ellas y, por otro, arrojan diferencias con las cantidades reales presentes en la mezcla.

La dificultad estriba en la necesidad de mantener en el disolvente la mezcla con plástico durante un tiempo de cinco días para conseguir su disgregación total, frente a las veinticuatro horas que son habituales con las mezclas convencionales. En cuanto a las diferencias entre los resultados y los contenidos reales del betún se recogen a continuación para una serie de mezclas ensayadas:

a) Mezcla n.° 1:

Contenido real: 2 por 100 de betún y 7 por 100 de plástico.

Extracción: 2,7 por 100 de betún.

89

b) Mezcla n.° 2:

Contenido real: 3 por 100 de betún y 8 por 100 de plástico.

Extracción: 4 por 100 de betún.

c) Mezcla n.° 3:

Contenido real: 5 por 100 de betún y 2 por 100 de plástico.

Extracción: 5,9 por 100 de betún.

d) Mezcla n.° 4:

Contenido real: 5 por 100 de betún y 8 por 100 de plástico.

Extracción: 5,6 por 100 de betún.

La interpretación de estos resultados se puede hacer en un triple sentido:

1.°) La dificultad señalada de disgregación de la mezcla es la causa de las dispersiones.

2.°) Parte del plástico es disuelto junto al betún por el disolvente empleado.

3.°) Se ha producido una previa disolución del plástico en el betún.

Para tratar de resolver esta indeterminación y poder evaluar realmente las posibles modificaciones de las características reológicas del ligante bituminoso se procedió a la recuperación del mismo para su caracterización, según lo indicado en el apartado 4.2.6., recogiéndose los correspondientes resultados en la tabla 5.1.

Aparte del pequeño aumento de la consistencia (medida en términos de pene­trado y de punto de reblandecimiento) que supone el proceso de recuperación, como muestran los resultados obtenidos tanto en la prueba «en blanco» como con la mezcla bituminosa de referencia, se observa que el efecto del plástico sobre el betún (efecto tanto más acusado cuanto mayor es el contenido de plástico) es el de una ligera disminución de la consistencia. Aun cuando estos resultados no pueden considerarse totalmente significativos parecen estar en contradicción con las características mecánicas de las mezclas con plástico (capítulo VI), por lo que habría que aceptar que a pesar de producirse una modificación del betún en sentido negativo, es predominante la acción del plástico como aglomerante e incluso como refuerzo.

90

Características del betún de referencia

Prueba «en blanco» con el betún de referencia

4,75 % B (mezcla de referencia)

5 % B + 2 % P

3 % B + 4 % P

2 % B + 5 % P

5 % B + 5 % P

2 % B + 7 % P

Penetración 10_1 mm

80

72

70

70

72

78

78

97

Anillo y Bola °C

48,5

49,0

49,5

49,0

50,0

48,5

49,0

46,5

TABLA 5.1.—CARACTERIZACIÓN DEL BETÚN EXTRAÍDO DE MEZCLAS CON PLÁSTICO.

91

CAPITULO VI:

ANALISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO

El contenido de este capítulo se ciñe a la exposición de los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio que se han realizado con la grava-plástico y las mezclas con plástico a partir de las bases metodológicas fijadas en los anteriores. Es decir, una vez asumidas las consideraciones presentadas sobre la naturaleza de los desechos, ligantes bituminosos y áridos utilizados, las granulometrías de éstos, las condiciones de fabricación de las probetas (sobre todo en lo referente a temperaturas de mezclado y sistemas de compactación) y los métodos de ensayo, se ha procedido al análisis de ambas unidades en cuanto a densidades y compacidades, resistencias mecánicas y deformabilidades, susceptibilidades tér­micas y a la acción de disolventes y, en el caso de las mezclas con plástico, resistencias a las deformaciones permanentes.

Ya se ha señalado anteriormente que dicho análisis se ha llevado a cabo principalmente en función de la variación de las características citadas con la del contenido de desecho plástico. Por esta razón, la primera tarea ha sido la de fijar los contenidos mínimos y máximos de desecho plástico y, en las mezclas con plástico, también de betún (estos contenidos siempre se dan sobre peso seco de áridos).

En el caso de la grava-plástico, se ha tomado como mayor contenido de desecho el del 11 por 100 en todos los casos; porcentajes superiores son prácticamente inmanejables dado el gran volumen que ocupan las virutas y producen aún más evidentemente, si cabe, un «acolchonamiento» de la mezcla en el proceso de compactación.

El menor contenido se ha fijado en el 5 por 100 para la grava-plástico compactada estáticamente y en el 6 por 100 para la compactada por vibración; en ambas, esos porcentajes son los mínimos que garantizan que las probetas van a poder desmoldarse sin deshacerse, es decir, los capaces de proporcionar unas resiten­cias mecánicas suficientes que permitan asegurar que se está ante un material coherente.

En las mezclas con plástico, por las mismas razones que en la grava-plástico, se ha tomado como mayor contenido de desecho el del 10 por 100.

95

Por su parte, el límite inferior se ha fijado en el 2 por 100, a fin de conseguir resultados sensiblemente diferentes a los obtenidos con las mezclas bituminosas convencionales, hacer posible una fácil homogeneización en el proceso de mezclado y satisfacer el requerimiento de que su empleo en los firmes de carreteras sea verdaderamente una vía de eliminación de los desechos plásticos. Sin embargo, en el estudio de la resistencia de las mezclas con plástico a las deformaciones permanentes se ha llegado a trabajar con porcentajes de tan sólo el 0,5 por 100, pues lo que se ha pretendido es determinar, para una mezcla dada, la cantidad mínima de plástico necesaria para que no sea susceptible de sufrir deformaciones permanentes.

En cuanto a los contenidos de betún, el rango considerado tiene por extremos el 0,5 y el 6 por 100. El extremo superior se ha fijado por razones obvias, mientras que el inferior es el mínimo que permite afirmar que el material estudiado es, en cierta forma, una mezcla bituminosa. Para las mezclas con sólo el 2 por 100 de plástico, el contenido mínimo de betún ha tenido que elevarse, sin embargo, al 1 por 100, a fin de que la mezcla no se disgregase al desmoldar; es más, se puede considerar con generalidad que las mezclas con plástico con contenidos de betún inferiores al 3 por 100 no tienen la resistencia suficiente a esfuerzos abrasivos como para poder ser utilizadas en capas de rodadura, aunque sus características de estabilidad sean excelentes.

Como materiales de referencia se han utilizado los siguientes:

a) Mezcla bituminosa con granulometría centrada en el huso D 12 y un 4,75 por 100 de betún B 80/100.

b) Mezcla bituminosa con granulometría centrada en el huso G 20 y un 3,75 por 100 de betún B 40/50.

c) Grava-betún con granulometría centrada en el huso GB 0/20 «formule grenue» y un 3,5 por 100 de betún B 40/50.

d) Grava-cemento de siete días de edad con granulometría centrada en el husoGC 1, un 3,5 por 100 de cemento PA 350 y fabricada con una hume­dad 0,5 por 100 inferior a la correspondiente al óptimo del Proctor modificado.

6.1 . DENSIDADES Y COMPACIDADES DE LAS GRAVAS-PLÁSTICO

Para cada uno de los porcentajes de desecho plástico ensayados, los valores de la densidad y compacidad (expresada en términos de porosidad, es decir, de su complementario) que se han obtenido en probetas compactadas estáticamente se dan en las figuras 6.1. y 6.2.

Hay que llamar la atención sobre el hecho de que, a pesar de haberse definido en la figura 6.1. una ley de variación de la densidad, las diferencias entre las obtenidas para uno y otro porcentaje son poco significativas.

96

F I G . 6. 1 . — VARIACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA GRAVA - PLÁSTICO ( COMPACTACION ESTÁT ICA)

Fl G. 6 . 2 . — VARIACIÓN DE LA POROSIDAD DE LA GRAVA - P L A S T I C O ( COMPACTACION ESTÁTICA)

97

Para las probetas de grava-plástico compactadas vibratoriamente no se ha dibu­jado ninguna ley de variación de la densidad porque las diferencias entre las correspondientes a los diversos porcentajes son aún más insignificantes e in­feriores a las desviaciones ocasionadas por las propias heterogeneidades de las probetas. Se puede indicar, sin embargo, que las densidades en ellas son del orden del 90 por 100 de las que se alcanzan en las probetas compactadas estáticamente.

En lo que se refiere a las porosidades, disminuyen de forma sensiblemente lineal con el porcentaje de plástico hasta el correspondiente al máximo de la densidad, para seguir a partir de ahí disminuyendo también linealmente, pero con una pendiente inferior.

Se puede afirmar que las densidades que se obtienen son sensiblemente menores de las que se obtienen en otros materiales estabilizados o aglomerados que pudieran desempeñar la misma función, mientras que las compacidades son del mismo orden. Esto, en definitiva, significa que la menor densidad se debe, fundamentalmente, al bajo peso específico de las partículas de plástico; por tanto, unido esto al análisis de las correspondientes leyes de variación, parece que debe darse más importancia al valor de la compacidad del material que al de su densidad.

6.2. RESISTENCIAS MECÁNICAS DE LAS GRAVAS-PLÁSTICO

En este apartado se van a exponer los resultados obtenidos tanto en probetas compactadas estáticamente como compactadas por vibración, para poder apreciar en su verdadera dimensión cuáles son las diferencias entre uno y otro sistema de compactación. Sin embargo, en relación a las deformabilidades únicamente se hace referencia a los resultados obtenidos con el primer tipo de probetas, pues en las compactadas vibratoriamente, al igual que ocurría con relación a las densi­dades, las desviaciones producidas por las heterogeneidades de las probetas son superiores a las diferencias que se miden correspondientes a los diversos contenidos de desecho plástico.

6.2.1 . Compresión simple y deformabilidad

Para cada uno de los porcentajes de desecho plástico ensayados, los valores de las resistencias a compresión simple que se han obtenido en probetas compac­tadas estáticamente y por vibración se dan, respectivamente, en las figuras 6.3. y 6.4.

Aunque los niveles de resistencia que se obtienen con ambos sistemas de compactación son muy diferentes (para todos los porcentajes, la resistencia obtenida con las probetas compactadas estáticamente es del orden de 3,5 veces la obtenida con las probetas compactadas por vibración), la forma de las curvas en los dos casos es igual y los máximos se obtienen para un mismo porcentaje de desecho plástico: el 9,4 por 100. Dichos máximos son, respectivamente, 155

98

F I G . 6 . 3 . - R E S U L T A D O S DEL ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE DE GRAVAS - PLÁSTICO

CON D IFERENTES PORCENTAJES DE PLÁSTICO ( COMPACTAC ION E S T Á T I C A )

F I G . 6 . 4 . — RESULTADOS DEL ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE DE GRAVAS- PLÁSTICO

CON DIFERENTES PORCENTAJES DE PLÁSTICO ( COMPACTACION VIBRATORIA)

99

CONTENIDO DE PLÁSTICO (%)

6

9

Edo

(kg/cm2)

7.200

10.900

Edc

(kg/cm2)

3.700

5.700

TABLA 6.1.—MÓDULOS DE DEFORMACIÓN ESTÁTICOS EN EL ORIGEN Y EN ROTURA DE GRAVAS-PLÁSTICO.

Estos valores, junto con los anteriormente expuestos de las resistencias a compresión simple, permiten asegurar que se está ante unos materiales con una extraordinaria capacidad de deformación: un grava-plástico con el 6 por 100 (9 %) de plástico tiene una deformación unitaria del 2,2 por 100 (2,7%) en rotura y del 0,22 por 100 (0,28 %) cuando la tensión es un 20 por 100 de la que provoca la rotura. Esta capacidad de deformación puede ser muy favorablemente aprove­chada en el proyecto de determinados firmes aunque, en contrapartida, suponga también que las capas formadas con grava-plástico no sean capaces de absorber suficientemente las tensiones que a ellas lleguen procedentes de las cargas del tráfico (salvo que se dispongan fuertes espesores) y, por tanto, serán transmitidas no suficientemente atenuadas a las capas inferiores.

Pero, por otro lado, debe tenerse en cuenta que las tensiones verticales transmi­tidas a la capa inferior no representan el único criterio de dimensionamiento; es más, el punto crítico de las gravas-cemento lo constituyen las tensiones de tracción que se producen en su cara inferior, por lo que todo lo dicho debe completarse con los resultados recogidos en el apartado siguiente.

100

sión/deformación unitaria en el origen del diagrama noval es decir, se ha obtenido un modulo de deformación longitudinal estático en el origen (Edo); por otro lado, se ha medido también la relación tensión/deformación unitaria en el momento de la rotura (módulo secante en rotura Edc). Los resultados obtenidos se recogen en la tabla 6.1.

y 50 kg/cm2, siendo las resistencias obtenidas en el mismo ensayo en los materia­les de referencia las siguientes:

— Grava-cemento a los siete días: 50 kg/cm2.

— Grava-betún GB 0/20: 50 kg/cm2.

— Mezcla bituminosa gruesa G 20: 48 kg/cm2.

Para la determinación de las deformabilidades se ha trabajado exclusivamente, según se ha indicado, con probetas compactadas estáticamente y sólo dos porcentajes de plástico: el 6 y el 9 por 100. Se ha medido la relación ten-

FIG. 6 . 5 . - RESULTADOS DEL ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA DE GR AVAS - PLÁSTICO

CON D I F E R E N T E S P O R C E N T A J E S DE P L Á S T I C O ( COMPACTACION ESTÁTICA )

F I G . 6 . 6 . — RESULTADOS DEL ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA DE GRAVAS - PLÁSTICO

CON DIFERENTES PORCENTAJES DE PLÁSTICO (COMPACTACION VIBRATORIA)

101

6.2.2. Tracción indirecta (compresión diametral)

Los resultados obtenidos ensayando a compresión diametral probetas de grava-plástico compactadas estáticamente y por vibración se recogen, respectivamente, en las figuras 6.5. y 6.6.

Como en el caso del ensayo de resistencia a compresión simple los niveles alcanzados son muy diferentes para cada tipo de probetas: entre cuatro y seis veces superiores son las resistencias a tracción indirecta obtenidas con las probetas compactadas estáticamente que con las compactadas por vibración.

Por su parte, las resistencias obtenidas en el mismo ensayo en los materiales de referencia son las siguientes:

— Grava-cemento a los siete días: 4,8 kg/cm2.

— Grava-betún GB 0/20: 5,3 kg/cm2.

— Mezcla bituminosa gruesa G 20: 9,4 kg/cm2.

6.3. SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA DE LAS GRAVAS-PLÁSTICO

Aunque las variaciones térmicas llegan a la capa de base bastante atenuadas (atenuación que es función del espesor del pavimento y de su coeficiente de conductividad térmica), la determinación de la susceptibilidad térmica de la grava-plástico es ineludible por cuanto, sobre todo a efectos comparativos, representa un índice de su calidad. Entre las posibles formas de evaluar dicha susceptibilidad se ha escogido la consistente en determinar las resistencias mecánicas para diferentes temperaturas de ensayo. Los resultados, tanto para la grava-plástico como para los materiales de referencia, se recogen en las figuras 6.7 y 6.8.

A la vista de estos resultados cabe afirmar que la susceptibilidad térmica de las gravas-plástico es menor que la de los materiales bituminosos que se han tomado como referencia, manteniéndose unos niveles de resistencia aceptables incluso a 60° C (temperatura, por lo demás, inalcanzable en una capa de base). En cambio, en dichos materiales de referencia las resistencias prácticamente se anulan a esa temperatura. Por otro lado, la evolución de las gravas-plástico con los dos porcentajes de desecho considerados es muy similar, si bien al mayor de ambos le corresponde una caída de la resistencia a tracción algo más acusada (resulta lógico si se tiene en cuenta que es el plástico el componente susceptible y el que contribuye casi en exclusividad a la resistencia a tracción).

6.4. SUSCEPTIBILIDAD DE LAS GRAVAS-PLÁSTICO A LA ACCIÓN DE DISOLVENTES ORGÁNICOS

Si el interés de la determinación de la susceptibilidad térmica de las gravas-plástico es limitado por lo atenuadas que llegan a las capas de base las variaciones térmicas, mucho menor es el relativo a la determinación de la susceptibilidad a la

102

F IG . 6 . 7 . - S U S C E P T I B I L I D A D TÉRMICA ( C O M P R E S I Ó N SIMPLE ) DE D IFERENTES M A T E R I A L E S

PARA CAPAS DE B A S E

FIG. 6 . 8 . - S U S C E P T I B I L I D A D TÉRMICA ( T R A C C I Ó N I N D I R E C T A ) D E D I F E R E N T E S M A T E R I A L E S

PARA CAPAS DE BASE

103

acción de disolventes orgánicos, pues, al contrario que los pavimentos, no van a sufrir el ataque directo de combustibles, aceites, etc. Sin embargo, se ha llevado a cabo a fin de contribuir a la caracterización de las gravas-plástico y por completar la información que se da en el apartado 6.8. Mientras que la grava-betún y la mezcla bituminosa gruesa se desmoronan completamente al cabo del período de veinticuatro horas de inmersión en gasóleo A a 60° C, las gravas-plástico conservan una parte importante de su resistencia: las que contienen un 6 por 100 de plástico tienen una resistencia conservada del 40 por 100 (32 kg/cm2 frente a 81 kg/cm2

en seco) y las que contienen un 9 por 100 tienen una resistencia conservada del 47 por 100 (72 kg/cm2 frente a 154 kg/cm2 en seco).

6.5. DENSIDADES Y COMPACIDADES DE LAS MEZCLAS CON PLÁSTICO

Para la diversas mezclas con plástico ensayadas, resultantes de combinar diferen­tes porcentajes de desecho y de betún, los valores de las densidades y compaci­dades (expresadas éstas en términos de huecos en mezcla) que se han obtenido en probetas Marshall se recogen, respectivamente, en las figuras 6.9. a 6.12.

En lo que se refiere a las densidades, puede observarse en la figura 6.9. que para todos los porcentajes de betún estudiados experimentan un descenso lineal con el aumento del porcentaje de plástico. Dado que el contenido de huecos en mezcla apenas varía con dicho aumento (fig. 6.11.), el citado descenso lineal de la densidad ha de tener su origen, fundamentalmente, en el mucho menor peso específico de las partículas de plástico con respecto a las de árido. En todos los casos las densidades alcanzadas son muy inferiores a la de la mezcla bituminosa de referencia (2,407 g/cm3).

Analizada la variación de la densidad no en función del porcentaje de plástico, sino en función del porcentaje de betún, las curvas obtenidas (fig. 6.10.) tienen un aire similar a las correspondientes de las mezclas bituminosas convencionales, con la única salvedad de que el máximo se produce para un porcentaje de betún tanto menor cuanto mayor es el porcentaje de plástico.

También la variación de los huecos en mezcla en función del porcentaje de betún es del mismo tipo que en las mezclas convencionales, aunque para los mayores porcentajes de betún y plástico se hace sentir el efecto del «acolchonamiento» que produce el plástico y que se traduce en una disminución de la compacidad (fig. 6.12.). Hay que hacer notar que, al contrario de lo que ocurre con la densidad (lo que refuerza la afirmación de que los valores más bajos de ésta se deben al bajo peso específico de las partículas de plástico), para igual porcentaje de betún los contenidos de huecos en mezcla son similares, incluso algo menores, al de la mezcla bituminosa convencional.

Por su parte, las densidades y huecos en mezcla que se han obtenido en probetas compactadas estáticamente se recogen, respectivamente, en las figuras 6.13. a 6.16.

104

F I G . 6 . 1 0 . - DENSIDADES DE MEZCLAS CON PLÁSTICO COMPACTADAS POR IMPACTOS EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE BETÚN

106

FIG. 6.1 1 . — POROSIDADES DE MEZCLAS CON PLÁSTICO COMPACTADAS POR IMPACTOS EN FUNCIÓN

DEL CONTENIDO DE PLÁSTICO

O

F I G . 6.1 2. — P O R O S I D A D E S DE M E Z C L A S CON PLÁSTICO COMPACTADAS POR IMPACTOS EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE BETÚN

108

FIG. 6 . 1 3 . - DENSIDADES DE MEZCLAS CON PLÁSTICO COMPACTADAS ESTÁTICAMENTE EN FUNCIÓN DEL

CONTENIDO DE PLÁSTICO

FIG. 6 . 1 4 . - DENSIDADES DE MEZCLAS CON PLÁSTICO COMPACTADAS

ESTÁTICAMENTE EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE BETÚN

110

FIG. 6 . 1 5 . - POROSIDADES DE MEZCLAS CON PLÁSTICO COMPACTADAS ESTÁTICAMENTE EN FUNCIÓN

DEL CONTENIDO DE PLÁSTICO

FIG. 6 . 1 6 . - POROSIDADES DE MEZCLAS CON PLÁSTICO COMPACTADAS

ESTÁTICAMENTE EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE BETÚN

112

En primer lugar, hay que destacar, como se indicaba en el capítulo anterior, que estos resultados muestran que compactando las probetas de mezcla con plástico mediante presión estática se obtienen densidades que oscilan, según el porcen­taje de plástico, entre el 99 por 100 y el 107 por 100 de la densidad Marshall, cuando con una mezcla bituminosa cerrada convencional la relación no sobre­pasa normalmente el 98 por 100; concretamente, en la mezcla de referencia la densidad obtenida por compactación estática es de 2,285 g/cm3, que representa un 95 por 100 de la densidad Marshall. En segundo término, si mientras en las probetas Marshall las mezclas con plástico tenían una densidad inferior en todos los casos a la de la mezcla de referencia, en las probetas compactadas estática­mente no sucede así: para mezclas con plástico con igual porcentaje de betún que la mezcla de referencia, la densidad es superior hasta con porcentajes de plástico de casi el 5 por 100 (por encima, la idoneidad de la compactación estática no es suficiente para obviar el bajo peso específico de las partículas de plástico).

La variación de la densidad de las probetas compactadas estáticamente con el porcentaje de plástico ya no experimenta un descenso lineal más que en los tramos que comprenden los mayores porcentajes de plástico y betún (fig.6.13). Analizadas en todo el rango estudiado de porcentajes de plástico, las curvas presentan un máximo para un porcentaje de plástico tanto menor cuanto mayor es el porcentaje de betún. Esto supone que a partir de un cierto porcentaje de plástico, como en las probetas Marshall, el aumento del mismo provoca un descenso de la densidad debido al menor peso específico de las partículas de plástico con respecto a las de árido, pero hasta que se llega a ese porcentaje el plástico facilita la compactación estática produciéndose el aumento correspon­diente de la densidad.

Cuando se analiza la variación de la densidad en función del porcentaje de betún (fig.6.14), la principal observación que cabe realizar se refiere a las diferencias entre estas curvas y las que corresponden a las probetas Marshall (fig. 6.10). También aquí el máximo se produce para un porcentaje de betún tanto menor cuanto mayor es el porcentaje de plástico, pero, sin embargo, la diferencia, al contrario que en el caso de las probetas Marshall, es francamente acusada.

Finalmente, en relación a los huecos en mezcla puede decirse que las variaciones de los porcentajes de plástico y de betún actúan de forma similar: el descenso de los huecos en mezcla tiene el mismo aire tanto en función del contenido de plástico (fig. 6.15) como en función del contenido de betún (fig. 6.16).

6.6. RESISTENCIAS MECÁNICAS DE LAS MEZCLAS CON PLÁSTICO

6.6.1. Estabilidad y deformación Marshall

Para las diversas mezclas con plástico ensayadas, los valores de la estabilidad y de la deformación Marshall que se han obtenido se recogen, respectivamente, en las figuras 6.17 a 6.20.

113

F I G . 6 . 1 7 . — ESTABILIDADES MARSHALL DE MEZCLAS CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO

DE PLÁSTICO

FIG. 6 . 1 8 . - ESTABILIDADES MARSHALL DE MEZCLAS CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE BETÚN

115

F I G . 6 . 1 9 . - DEFORMACIONES MARSHALL DE MEZCLAS CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO

DE PLÁSTICO

FIG. 6 . 2 0 . — DEFORMACIONES MARSHALL DE MEZCLAS CON PLÁSTICO

EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE BETÚN

117

Igual que para las densidades, las estabilidades Marshall varían linealmente con el aumento de porcentaje de plástico, pero en vez de producirse un descenso se produce un aumento de las mismas (fig. 6.17). Como se ha analizado en el capítulo anterior la razón de dicho aumento radica en que el plástico produce un doble efecto en la mezcla: aglomerante y refuerzo.

También, exactamente igual que para las densidades, analizada la variación de la estabilidad Marshall en función del contenido de betún, las curvas obtenidas (fi­gura 6.18) tienen un aire similar a las correspondientes de las mezclas bitumi­nosas convencionales, con la única salvedad de que el máximo se produce para un porcentaje de betún tanto menor cuanto mayor es el porcentaje de plástico.

Hay que reseñar finalmente que en todas las mezclas con plástico estudiadas la estabilidad Marshall es muy superior a la de la mezcla bituminosa de referen­cia (1.250 kg.), llegando incluso a ser para el 1,3 por 100 de betún y el 10 por 10 de plástico tres veces mayor.

Mucho menos sencillo parace el análisis de los resultados relativos a la deforma­ción Marshall. Lo primero que se debe hacer notar es que para la mezcla de referencia el valor de la deformación Marshall obtenido ha sido tan sólo de 2,0 mm, por encima del cual están todos los correspondientes a las mezclas con plástico ensayadas. Esto es debido tanto a que las estabilidades que se alcanzan son mayores (y, por tanto, a ellas corresponden de por sí mayores deformaciones) como a la capacidad de deformación que proporciona el contenido de plástico y que queda patente en la figura 6.19. En cuanto a la figura 6.20, muestra que el comportamiento de las mezclas con plástico, en relación que el comportamiento de las mezclas con plástico, en relación a las deformaciones Marshall, sólo es similar al de las mezclas convencionales a partir de un determinado porcentaje de betún (2 a 3 por 100). Con contenidos inferiores, ese comportamiento es cla­ramente diferente, pudiendo afirmarse que las mayores deformaciones que se alcanzan revelan que se está ante materiales insuficientemente aglomerados.

6.6.2. Compresión simple y deformabilidad

Para las diversas mezclas con plástico ensayadas, los valores de la resistencia a compresión simple obtenidos a 25° C sobre probetas compactadas estáticamente se dan en las figuras 6.21 y 6.22.

Mientras que para porcentajes reducidos de betún el aumento del contenido de plástico supone un considerable aumento de la resistencia, para los mayores porcentajes de betún la variación es insignificante (fig. 6.21). Hay que destacar que, en cualquier caso, estas resistencias son muy superiores a la obtenida en la mezcla de referencia (24 kg/cm2).

Por otro lado, las curvas que dan la variación de la resistencia en función del contendido de betún de la mezcla (fig. 6.22) son similares a las obtenidas en el ensayo Marshall, pero, igual que ocurría en el caso de las densidades, resultan

118

FIG. 6 .21 .— RESISTENCIAS A COMPRESIÓN DE MEZCLAS CON PLÁSTICO COMPACTADAS ESTÁTICAMENTE EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE PLÁSTICO

FIG. 6.22. — RESISTENCIAS A COMPRESIÓN DE MEZCLAS CON

PLÁSTICO COMPACTADAS ESTÁTICAMENTE EN

FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE BETÚN

120

menos claramente diferenciadas. Esto, unido a la mucha mayor experiencia que se posee sobre el ensayo Marshall y a que, al menos en España, es el ensayo tipo para la caracterización de las mezclas bituminosas, permite afirmar que también para las mezclas con plástico resulta más adecuado que el ensayo de compresión simple, aunque ambos proporcionan resultados ciertamente correlacionabas.

En cuanto a la determinación de las deformaciones de las mezclas con plástico se ha procedido de forma análoga a como se ha llevado a cabo en las gravas-plástico.

Se han ensayado la mezcla bituminosa de referencia y tres mezclas con plástico, con contenidos, respectivamente de: a) 2 por 100 de betún y 7 por 100 de plástico; b) 3 por 100 de betún y 4 por 100 de plástico, y c) 5 por 100 de betún y 2 por 100 de plástico. Los resultados obtenidos se recogen en la tabla 6.2.

4,75 % B

7 % P + 2 % B

4 % P + 3 % B

2 % P + 5 % B

Ed0 (kg/cm2)

29.500

53.000

37.500

36.500

Edc (kg/cm2)

8.000

14.500

11.500

11.000

TABLA 6.2—MÓDULOS DE DEFORMACIÓN EN EL ORIGEN Y EN ROTURA DE MEZCLAS CON PLÁSTICO Y DE LA MEZCLA BITUMINOSA

DE REFERENCIA (18o C).

6.3. Tracción Indirecta (compresión diametral)

Análogamente a como se ha hecho con las gravas-plástico, se finaliza el apartado dedicado a las resistencias mecánicas de las mezclas con plástico con los resultados del ensayo de compresión diametral, que permite conocer indirec­tamente la resistencia a tracción de la misma. Dichos resultados son recogidos en las figuras 6.23 y 6.24.

Ha de destacarse en primer lugar que las conclusiones que pueden extraerse a la vista de estos resultados son muy similares a las proporcionadas por los obtenidos en el ensayo Marshall. La figura 6.23 muestra que, exactamente igual que las estabilidades Marshall, las resistencias a tracción aumentan linealmente con el porcentaje de plástico.

121

FIG. 6.23. - RESISTENCIAS A TRACCIÓN DE MEZCLAS CON PLÁSTICO COMPACTADAS POR IMPACTOS EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE PLÁSTICO

FIG. 6.24. - RESISTENCIAS A POR IMPACTOS EN

TRACCIÓN DE MEZCLAS CON PLÁSTICO COMPACTADAS FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE BETÚN

En lo que respecta a la variación de la resistencia con el contenido de betún, las curvas obtenidas (fig. 6.24) son concordantes tanto con las relativas a la estabili­dad Marshall como con las relativas a la resistencia a compresión simple. Sin embargo, en este caso los máximos se producen para porcentajes de betún superiores y muy similares para todos los porcentajes de plástico estudiados. Además, el valor de dichos máximos, al contrario de lo que ocurría con la estabilidad Marshall y la resistencia a compresión simple, no es superior al valor de la resistencia a tracción medida en la mezcla de referencia (12,0 kg/cm2), sino del mismo orden.

6.7. SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA DE LAS MEZCLAS CON PLÁSTICO

Así como con las gravas-plástico el interés de la determinación de la susceptibili­dad térmica es limitado, ya que es un material presumiblemente apto para capas de base a las cuales las variaciones térmicas llegan muy atenuadas, en las mezclas con plástico es fundamental dicha determinación, puesto que su posible aplicación es como material para pavimentos.

Análogamente a lo realizado con las gravas-plástico, se han determinado las resistencias a compresión simple y a tracción indirecta a diversas temperaturas, tanto para la mezcla bituminosa de referencia como para tres mezclas con plástico, con contenidos, respectivamente de: a) 2 por 100 de betún y 7 por 100 de plástico; b) 3 por 100 de betún y 4 por 100 de plástico, y c) 5 por 100 de betún y 2 por 100 de plástico. Los resultados obtenidos se recogen en las figuras 6.25 y 6.26.

A la vista de los resultados presentados pueden hacerse las siguientes obser­vaciones:

1.° La evolución con la temperatura de las mezclas con plástico es similar a !a de la mezcla bituminosa de referencia, salvo en lo que respecta a la mezcla con el 7 por 100 de plástico, cuyo comportamiento es claramente mas desfa­vorable.

2.° Para la resistencia a compresión puede señalarse una temperatura crítica (situada entre los 25 y los 30° C), por encima de la cual dicha resistencia experimenta sólo un ligero descenso (excepto para la mezcla con plástico indicada).

3.° Análogamente, para la resistencia a tracción dicha temperatura crítica se sitúa en torno a los 40° C.

En definitiva, si bien el descenso de las resistencias es tal que éstas siguen teniendo a altas temperaturas un valor apreciable, especialmente la resistencia a compresión (en la mezcla con 4 por 100 de plástico y 3 por 100 de betún dicha resistencia a 60° C es superior a la de la mezcla de referencia a 20° C), se puede afirmar que la susceptibilidad térmica no es notablemente inferior en las mezclas con plástico que en la mezcla de referencia.

124

FIG. 6 . 2 5 . - SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA ( COMPRESIÓN SIMPLE) DE MEZCLAS CON

PLÁSTICO Y MEZCLA BITUMINOSA DE REFERENCIA

FIG. 6.26. - SUSCEPTIBILIDAD TÉRMICA ( TRACCIÓN INDIRECTA) DE MEZCLAS CON

PLÁSTICO Y MEZCLA BITUMINOSA DE REFERENCIA

6.8. SUSCEPTIBILIDAD DE LAS MEZCLAS CON PLÁSTICO A LA ACCIÓN DEL AGUA Y DE DISOLVENTES ORGÁNICOS

En las figuras 6.27 y 6.28 se presentan los valores de las resistencias conservadas obtenidas en las mezclas con plástico, debiendo tenerse en cuenta que en la mezcla de referencia ese valor es del 70 por 100 (en las figuras señaladas no se han representado los valores correspondientes al 0,5 por 100 de betún, que resultan ciertamente erráticos, consecuencia lógica de tratarse de mezclas muy poco homogéneas).

De la observación de los resultados puede deducirse que la resistencia conser­vada crece con el contendido de plástico, aunque tampoco de una forma muy clara. Por otro lado, para un contenido de plástico dado no parece existir una relación definida entre el porcentaje de betún y el valor de la resistencia con­servada.

Por esta razón, a fin de poder extraer alguna conclusión de interés, conviene comparar los resultados dados con los valores de resistencia conservada que normalmente se exigen para mezclas bituminosas en los pliegos de prescripcio­nes técnicas y con el obtenido en la mezcla de referencia.

La resistencia conservada del 70 por 100 (la de la mezcla de referencia) única­mente no es superada por las mezclas con más bajos contenidos de plástico y de betún: un porcentaje de plástico igual o superior al 3,5 por 100 o un porcentaje de betún igual o superior también al 3,5 por 100 garantizan que desde el punto de vista de la susceptibilidad a la acción del agua las mezclas con plástico tienen una calidad superior a la mezcla de referencia.

En cuanto al mínimo del 75 por 100 exigido por el PG-3/75 es superado, cualquiera que sea el contenido de betún, si el contenido de plástico supera el 4 por 100. En cambio, se necesita un 5,75 por 100 de betún para poder situarse por encima de dicho mínimo cuando los contenidos de plástico son bajos.

Por tanto, puede concluirse que en lo que se refiere a resistencias conservadas tras inmersión en agua la incorporación del desecho plástico es claramente positiva, aunque no espectacular (el 90 por 100 sólo se supera con muy altos contenidos de plástico en la mezcla).

El otro punto contemplado en este apartado es el relativo a la susceptibilidad de las mezclas con plástico a la acción de disolventes orgánicos. La valoración de dicha susceptibilidad puede resultar de gran importancia para posibles aplicacio­nes de las mezclas con plásticos para las que las mezclas convencionales plantean problemas debidos al ataque de aceites y combustibles: carriles-bus en vías urbanas, estacionamientos de vehículos pesados, cabeceras de pista y aparcamientos de aviones en aeropuertos, etc. Incluso, teniendo en cuenta que cualquier capa de rodadura está expuesta en mayor o menor medida a dicho ataque, se puede considerar que el conocimiento de la susceptibilidad a la acción

127

FIG. 6.27. - RESULTADOS DEL ENSAYO DE INMERSIÓN - COMPRESIÓN ( RESISTENCIA CONSERVADA) DE MEZCLAS

CON PLÁSTICO EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE PLÁSTICO

FIG. 6 . 2 8 . - RESULTADOS DEL ENSAYO DE INMERSIÓN-COMPRESIÓN

(RESISTENCIA CONSERVADA) DE MEZCLAS CON

PLÁSTICO EN FUNCIÓN DEL CONTENIDO DE BETÚN

129

de disolventes orgánicos proporciona una información adicional sobre la calidad de los materiales que se pretenden emplear en esa capa de rodadura.

Por esta razón, siguiendo el procedimiento citado en el capítulo IV (medida de la resistencia a compresión simple conservada tras un período de inmersión de veinticuatro horas en gasóleo A a 60° C) se han ensayado la mezcla bituminosa de referencia y las mismas tres mezclas con plástico consideradas para la evaluación de la susceptibilidad térmica. Los resultados obtenidos han sido los siguientes:

a) Mezcla de referencia (4,75 % B):

— Resistencia en seco: 24 kg/cm2.

— Resistencia tras inmersión: 10 kg/cm2.

— Resistencia conservada: 42 por 100.

b) Mezcla con plástico n.° 1 (7 % P + 2 % B):

— Resistencia en seco: 164 kg/cm2.

— Resistencia tras inmersión: 103 kg/cm2.

— Resistencia conservada: 63 por 100.

c) Mezcla con plástico n.° 2 (4 % P + 3 % B):

— Resistencia en seco: 92 kg/cm2.

— Resistencia tras inmersión: 61 kg/cm2.

— Resistencia conservada: 66 por 100.

d) Mezcla con plástico n.° 3 (2 % P + 5 % B):

— Resistencia en seco: 53 kg/cm2.

— Resistencia tras inmersión: 31 kg/cm2.

— Resistencia conservada: 59 por 100.

Al no ser exhaustivos estos resultados, las conclusiones deben extraerse con cierta cautela, pero parece que puede asegurarse que frente a disolventes orgánicos las mezclas con plástico (incluso con un pequeño contenido de plás­tico) tienen un comportamiento más satisfactorio que las mezclas bituminosas convencionales.

6.9. RESISTENCIA A LAS DEFORMACIONES PERMANENTES DE LAS MEZCLAS CON PLÁSTICO (RESULTADOS DEL ENSAYO EN PISTA DE LABORATORIO)

Se ha comenzado por ensayar tres mezclas bituminosas convencionales con contenidos de betún B 80/100, respectivamente, del 4,25, 4,75 y 5,25 por 100 (fig. 6.29). Puede apreciarse que la mezcla con el 5,25 por 100 de betún tiene

130

un comportamiento claramente desfavorable, mientras que la que contiene un 4,75 por 100 podría calificarse de crítica desde el punto de vista de la suscepti­bilidad a las deformaciones permanentes.

Dentro de las mezclas con plástico se ha comenzado por analizar si contenidos relativamente elevados de plástico hacen que la mezcla sea susceptible a las deformaciones permanentes. Para ello se han ensayado dos mezclas con un 2 por 100 de betún y, respectivamente, un 7 y un 9 por 100 de plástico. Como puede apreciarse en la figura 6.30, la susceptibilidad de estas mezclas es reducida y parece ser que tanto más cuanto mayor es el contenido de plástico, por lo que puede afirmarse que éste no actúa en la misma forma que el betún.

Sin embargo, deben hacerse algunas precisiones sobre estas mezclas. En primer lugar, hay que referirse a que se trata de mezclas que no tienen suficiente resistencia a esfuerzos abrasivos, por lo que el resultado del ensayo en pista de laboratorio más que responder a deformaciones en el material responde a la desintegración del mismo. Por otro lado, debe tenerse en cuenta que el que un material proporcione un buen resultado en un ensayo como el que se realiza en la pista del laboratorio significa que su comportamiento va a ser adecuado frente a solicitaciones que pudieran originar deformaciones permanentes de las denomi­nadas roderas, pero no que va a ser igualmente adecuado frente a deformaciones de gran radio impuestas, por ejemplo, por el fallo de las capas inferiores.

El siguiente paso ha sido comprobar si con mayores cantidades de betún (pero inferiores a la que resulta crítica en las mezclas bituminosas convencionales) también la adición de plástico resulta positiva. La figura 6.31 muestra que, efectivamente, es así: las dos mezclas ensayadas tienen una deformación abso­lutamente despreciable, debida posiblemente a la compactación que produce el paso de la rueda cargada sobre la probeta. Por otro lado, aunque parece confir­marse la apreciación anteriormente hecha de que la susceptibilidad es tanto más reducida cuanto mayor es el contenido de plástico, se comprueba que, sobre­pasado un cierto valor de dicho contenido, la disminución resulta insignificante.

Consecuentemente, se ha tratado de hallar cuál es el contenido mínimo de plástico necesario para que la mezcla no sea susceptible a las deformaciones permanentes cuando el contenido de betún de la misma es el que hace que una mezcla bituminosa convencional resulte crítica (fig. 6.32) e, incluso, cuando se trata de un contenido para el que la mezcla convencional resulta extraordina­riamente susceptible (fig. 6.33).

A la vista de los resultados, puede afirmarse que basta con añadir un 0,5 por 100 de desecho plástico a una mezcla con el 5 por 100 de betún para conseguir que su comportamiento no sea crítico y lograr que sea una mezcla claramente no susceptible a las deformaciones permanentes. Por su parte, en una mezcla con el 6 por 100 de betún no es suficiente la adición de 0,5 por 100 de desecho, pero sí la de un 1 por 100, resultando esta última mezcla menos susceptible incluso que la mezcla de referencia con el 4,75 por 100 de betún.

133

El interés de poder disponer de mezclas con una alta dosificación de betún (por otro lado, de no muy elevada consistencia) que no sean susceptibles a las deformaciones permanentes radica en que se trata de mezclas más flexibles y, por tanto, presumiblemente más resistentes a la fatiga, propiedad de las mezclas que tiende a mejorarse y que preocupa en muchos países ante los problemas existentes actualmente en las carreteras con firme flexible o semirrígido.

Finalmente se han realizado una serie de ensayos destinados, como ya se indicó, a comprobar si la resistencia que poseen las mezclas con plástico a las defor­maciones permanentes se conserva después de haber sometido las probetas a la acción del agua.

Las mezclas con plástico que tienen un porcentaje de betún inferior al que resulta crítico en las mezclas convencionales experimentan un aumento de la susceptibi­lidad a las deformaciones permanentes absolutamente insignificante (fig. 6.34). También, aquellas otras cuyo contenido de betún resulta crítico en las mezclas convencionales siguen teniendo un buen comportamiento después del período de inmersión, aun con el más bajo de los contenidos de plástico considerados (fi­gura 6.35). Sin embargo, las mezclas con un 6 por 100 de betún y un 1 por 100 de plástico evolucionan de forma similar a las mezclas de referencia (fig. 6.36), por lo que si se quiere trabajar con una mezcla con alto contenido de ligante bituminoso y con un comportamiento frente a las deformaciones permanentes superior al de las mezclas convencionales hay que elevar algo el contenido de plástico (fig. 6.37).

141

CAPITULO VIl:

RESUMEN Y CONCLUSIONES

El aprovechamiento de residuos sólidos como materiales de construcción se justifica tanto por razones ambientales como de conservación energética y de materias primas e, incluso, por el interés de obtener en dichos materiales carac­terísticas específicas. Esto es especialmente cierto en el caso de los desechos plásticos procedentes del tratamiento de residuos sólidos urbanos y en el de los materiales de construcción de firmes de carreteras.

Los conocimientos actuales sobre la incorporación de plásticos, tantos puros como procedentes de desechos, a los materiales de construcción de firmes y la existencia en España de una avanzada tecnología para el tratamiento integral de los residuos sólidos urbanos ha permitido el estudio de dos nuevos materiales basados en la incorporación de desechos plásticos de origen doméstico, separa­dos del resto de las fracciones de los residuos urbanos en una planta industrial. El primero de dichos materiales, al que se ha denominado grava-plástico, consiste en una zahorra artificial estabilizada con desecho plástico exclusivamente; el segun­do, denominado mezcla con plástico, es, en definitiva, una mezcla bituminosa en la que parte del ligante bituminoso se ha sustituido por cantidad similar de desecho plástico.

Ambos materiales han mostrado en laboratorio un adecuado comportamiento frente a solicitaciones mecánicas, térmicas y químicas, sin representar su fabri­cación ninguna complicación especial, aunque, lógicamente, en la misma entran en juego una serie de variables que hay que considerar.

Los trabajos experimentales llevados a cabo tanto con la grava-plástico como con las mezclas con plástico permiten extraer las siguientes conclusiones:

1. Es imprescindible que los desechos plásticos utilizados estén absoluta­mente desprovistos de polvo y de grasas. En caso contrario, se ha compro­bado que, además de plantearse problemas higiénicos, se produce una merma considerable de las características resistentes de los materiales fabricados con esos plásticos.

2. Aunque los resultados conseguidos no difieran sustancialmente es preferi­ble, por razones de almacenabilidad y manejabilidad, trabajar con el dese­cho reducido a virutas de algunos milímetros a trabajar con trozos de plástico de varios centímetros.

145

3. Para poner de manifiesto el poder aglomerante de los desechos plásticos basta con añadirlos directamente a los áridos calentados previamente a temperatura elevada (del orden de las empleadas en la fabricación de materiales aglomerados con betunes asfálticos) y, posteriormente, proceder a la compactación.

4. Cuando el desecho plástico se emplea en la fabricación de las mezclas con plástico, el orden de incorporación de sus componentes en el proceso de mezclado en laboratorio resulta indiferente.

5. Las características mecánicas tanto de las gravas-plástico como de las mezclas con plástico crecen de forma lineal con el aumento de la tempera­tura de mezclado y compactación y de forma tanto más acusada cuanto mayor sea el porcentaje de plástico que contengan.

6. El sistema de compactación de las gravas-plástico que, al menos en labora­torio, resulta más adecuado es la compactación estática, de forma que las resistencias mecánicas de las probetas compactadas por vibración no superan el 30 por 100 de las obtenidas en probetas compactadas estáti­camente.

7. En las mezclas con plástico no existen tantas diferencias entre los resulta­dos obtenidos sobre probetas compactadas mediante diferentes sistemas. Se puede asegurar, sin embargo, que, al contrario de lo que ocurre con las mezclas convencionales, se alcanzan mayores compacidades compactando estáticamente que mediante impactos o por vibración y tanto más cuanto mayores sean los contenidos de plástico.

8. El contenido mínimo de desecho de una grava-plástico debe ser del 5 por 100 sobre peso de árido si se quiere disponer de un material suficiente­mente coherente, similar a otro tipo de estabilizaciones.

9. Las gravas-plástico son materiales, debido al bajo peso específico de las partículas de plástico, de densidad relativamente reducida, pero cuya com­pacidad es similar a la de otros materiales aglomerados o estabilizados que pudieran utilizarse para análogos fines.

10. Las gravas-plástico son materiales de muy altas resistencias, tanto a com­presión como, especialmente, a tracción. Las máximas resistencias se consiguen con un contenido de plástico en torno al 9,5 por 100 y suponen triplicar los valores que proporciona una grava-cemento a los siete días.

11. Los módulos de deformación de las gravas-plástico son relativamente bajos, inferiores al tercio de los que se obtienen en una grava-cemento a los siete días. Esta elevada flexibilidad, unida a la alta resistencia a tracción, puede ser ventajosamente aprovechada frente a otro tipo de estabilizaciones usadas habitualmente en capas de base.

146

12. Aunque la resistencia a esfuerzos abrasivos de las gravas-plástico es tan reducida como para no poderse emplear más que en capas inferiores de los firmes, a las que las variaciones térmicas llegan bastante atenuadas, in­teresa señalar que la susceptibilidad a las mismas de estos materiales es notablemente menor que la de los materiales bituminosos destinados a dichas capas inferiores. En cambio, la susceptibilidad térmica de las mezclas con plástico es similar a la de las mezclas convencionales.

13. Los contenidos de plástico y de betún de una mezcla con plástico pueden ser muy variables en función de los fines concretos perseguidos, aunque manteniéndose unas excelentes cualidades de la mezcla en todos los casos. Sin embargo, no es conveniente que el contenido de betún sea inferior al 3 por 100 sobre peso de árido (en este caso, basta con incorporar un 2 por 100 de desecho para duplicar la estabilidad de una mezcla bituminosa con­vencional que tenga un contenido óptimo de ligante).

14. En las mezclas con plástico el aumento del contenido de plástico propor­ciona disminución de la densidad y aumento de la compacidad, de la estabilidad y deformación Marshall y de las resistencias a compresión y a tracción.

15. Con respecto a la variación del contenido de betún, las mezclas con plástico se comportan de forma análoga a las mezclas bituminosas convencionales, aunque los máximos de las diferentes características analizadas se pro­ducen para contenidos de betún netamente inferiores y tanto más cuanto mayor sea el contenido de plástico.

16. En relación a las mezclas convencionales, las mezclas con plástico pre­sentan resistencias a compresión varias veces superiores, resistencias a tracción del mismo orden y módulos de deformación del orden del doble (aunque en los valores medidos se aprecia un aumento correlativo al del contenido de plástico).

17. Aunque no espectacular, la incorporación del desecho plástico es clara­mente positiva en lo que se refiere a resistencias conservadas tras inmer­sión en agua, lo que incide en la adecuación de las mezclas con plástico para capas de rodadura.

18. Frente a disolventes orgánicos las mezclas con plástico, incluso con un pequeño contenido de plástico, tienen un comportamiento más satisfactorio que las mezclas bituminosas convencionales. En el mismo sentido, también es totalmente satisfactorio el comportamiento de las gravas-plástico, aun­que en ellas esta característica no tenga trascendencia, al tratarse de un material para capas de base.

19. La susceptibilidad de las mezclas con plástico a las deformaciones perma­nentes es reducida y tanto más cuanto mayor es el contenido de plástico (a

147

partir de un determinado contenido, reducido, la no-susceptibilidad es prácticamente total).

20. Es posible conseguir, con un elevado contenido de betún y un pequeño porcentaje de plástico, mezclas con plástico que simultáneamente son estables, flexibles y resistentes a las deformaciones permanentes, con lo que, de reproducirse este comportamiento en la carretera, quedaría resuelto uno de los principales problemas planteados actualmente en los firmes flexibles y semirrígidos (derivado de la utilización de mezclas excesivamente rígidas).

148

BIBLIOGRAFÍA

1.—ADARO (1978): «Residuos sólidos». Documento de difusión restringida. Empresa Nacional Adaro de Investigaciones Mineras, S. A. Madrid (no publicado).

2.—ANÓNIMO (1949): «Method of improving bitumen by blending with polythene». Patente n.° 2475699. United States Patent Office.

3.—ANÓNIMO (1952): «Method of mixing polythene with asphalt bitumens». Paten­te n.° 2610956. United States Patent Office.

4.—ANÓNIMO (1968): «Plastiques modernes et élastoméres». Volumen 20, n.° 1. París.

5.—ANÓNIMO (1979): «Use of waste materials in highway construction and maintenance». NCHRP, Research Results Digest 106. Transportation Research Board. Washing­ton, D.C.

6—ANÓNIMO (1982): «Fiber Pave 3010. Hot-mix Paving Fiber». Technical Information, Bulletin FP-101 B. Hercules Incorporated. Wilmington (Delaware).

7—BAUM, B.,y PARKER,Ch. H.(1973): «Solid Waste Disposal. Volume 1: Incineration and Landfill», 397 pp. Ann Arbor Science. Ann Arbor (Michigan).

8—BAUM, B„ y PARKER, Ch. H.(1974): «Solid Waste Disposal. Volume 2: Reuse/Recycle and pyrolysis», 239 pp. Ann Arbor Science. Ann Arbor (Michigan).

9.—BENSE, P. (1975): «Pour un systéme d'armature plastique dans les enrobes hydro-carbonés». Bulletin de Liaison des Ponts et Chaussées, n.° 80, p. 38-48. París.

10.—BENSE, P. (1975): «Reutilisation des dechets plastiques dans les enrobes routiers». Colloque sur dechets et sous-produits industriéis. INSA. Lyon.

11.—BENSE, P. (1978): «Amelioration des enrobes routiers par incorporation de dechets plastiques ménagers». Cinquiéme conférence européenne des plastiques et des caoutchoucs, volume I, chapitre 3.

12.—BENSE, P (1978): «Les enrobes armes de dechets plastiques». Colloque ¡nternational sur Putilisation des sous-produits et dechets dans le génie civil. ENPC-LCPC. París.

151

13.—BENSE, P. (1983): «Emploi des plastiques usagés». Journées sur valorisation et élimination des déchets et sous-produits, p. 377-385. Bourget.

14.—BENSE, P. (1983): «Enrobés armés par déchets de matières plastiques». Bulletin de Liaison des Ponts et Chaussées, n.° 128, p. 99-106. Paris.

15.—BINDER, G., et al. (1975): «Thermoplastic compositions of asphalt and poly-1-butene». Patente n.°3915914. United States Patent Office.

16.—BLACK, E. P., et al. (1967): «Modifying asphaltenes with polyolefin and sulfur». Patente n.° 3317447. United States Patent Office.

17.—BLAGA, A. (1975): «Les matières plastiques». Digest de la construction au Canadar

CBD, 154 F. Conseil National de Recherches du Canada. Ottawa.

18.—BLAGA, A. (1975): «Les thermoplastiques». Digest de la construction au Canada, CBD, 158 F. Conseil National de Recherches du Canada. Ottawa.

19.—BLAGA, A. (1975): «Les plastiques thermodurcissables». Digest de la construction au Canada, CBD, 159 F. Conseil National de Recherches du Canada. Ottawa.

20.—BRÛLÉ, B (1982): «Substitution totale du bitume. Matières plastiques». Documento de difusiôn restringida RR/R6/WD/82.12, Programme de recherche routière, activité R6 (liants routiers et économies d'énergie). OCDE. Paris (no publicado).

21.—BRÛLÉ, B. (1983): «Substitution totale du bitume. Matières plastiques». Documento de difusiôn restringida RR/R6/83.1 ,Ch.2.2. Programme de recherche routière, activité R6 (liants routiers et économies d'énergie). OCDE. Paris (no publicado).

22.—COLONY, D. C. (1979): «Industrial waste products in pavements: potential for energy conservation». Transportation Research Record 734, p. 16-21. Transportation Re­search Board. Washington, D.C.

23.—COMPOSAN (1978): «Aprovechamiento de subproductos en la construcciôn». Hojas informativas 32, 33 y 34. Madrid.

24.—CORBETT, L. W. (1969): «Petrolene composition containing atactic polyolefin». Pa­tente n.° 3453226. United States Patent Office.

25.—COSTA, A. (1981 ): «Residuos sôlidos urbanos e industriales; su posible utilizaciôn en la construcciôn de carreteras». Recurso Energético e Industrial de los Residuos Urbanos. Curso de Doctorado. ETSICCP. Madrid (no publicado).

26—CZARNECKI, L., y OSIECKA, E. (1980): «Durcissement des bétons polyesters en pré­sence d'humidité». Bulletin de Liason des Ponts et Chaussées, n.° 108, p. 29-36. Paris.

152

27— CHAMORRO, A. J. (1981): «La recuperaciôn de residuos solidos». Recurso Energé-tico e Industrial de los Residuos Urbanos. Curso de Doctorado. ETSICCP. Madrid (no publicado).

28—CHANG, T. Y., et al. (1975): «Polymer concrète prepared from an MMA-styrene copolymer System». Transportation Research Record 542. Transportation Research Board. Washington, D.C.

29.—CHAZAL, P. (1978): «Betôn hydrocarboné de haute performance à partir de déchets plastiques». Informations Chimie, n.° 177, p. 161 -164.

30—CHAZAL, P. (1978): «Nouveau béton hydrocarboné de haute performance à partir de déchets plastiques». Colloque international sur l'utilisation des sous-produits et déchets dans le génie civiel. ENPC-LCPC. Paris.

31.—DE LANCEY, D. W. (1976): «Waste use in highway construction». Transportation Research Record 593, p. 9-12. Transportation Research Board. Washington, D.C.

32.—DE PUY, G. (1975): «Highway applications of concrète polymer materials». Trans­portation Research Record 542. Transportation Research Board. Washington, D.C.

33.—DEL VAL, M. A. (1982): «Aprovechamiento de residuos solidos en la tecnica de carreteras». Memorias de investigaciôn. Becas Cdx 1981. Laboratorio de Carreteras y Geotecnia. Madrid (no publicado).

34.—DEL VAL, M. A. (1982): «Consideraciones sobre la fracciôn plâstica de los residuos solidos urbanos». Recurso Energético e Industrial de los Residuos Urbanos. Curso de Doctorado. ETSICCP. Madrid (no publicado).

35.—DEL VAL, M. A. (1983): «Aprovechamiento de residuos solidos en la tecnica de carreteras». Comunicaciôn presentada a la Jornada Tecnica sobre el Medio Ambiente en el Cdx. Departamento de Formaciôn. Cdx-MOPU. Madrid.

36—DEL VAL, M. A, y ELVIRA, J. L. (1982): «Los residuos solidos y su aplicacion en la construcciôn de carreteras». Carreteras (Revista Tecnica de la Asociaciôn Espahola de la Carretera), 3.a época, n.° 2, p. 8-17. Madrid.

37.—DEL VAL, M. A., y ELVIRA, J. L. (1984): «Nota sobre una tecnologfa espanola para el aprovechamiento de desechos plâsticos de origen urbano como materiales para firmes de carreteras». Carreteras (Revista Tecnica de la Asociaciôn Espanola de la Carretera), 3.a época, n.° 13, p. 76-80. Madrid.

38—DENNING, J. H., y CARSWELL, J. (1981): «Improvements in rolled asphalt surfacings by the addition of organic polymers». LR 989. TRRL. Crowthorne (Berkshire).

39.—DIEZ, J. J. (1977): «Empleo de materiales de desecho y subproductos industriales en la construcciôn de carreteras». Boletin de Informaciôn del Laboratorio del Transporte y Mecânica del Suelo, n.° 119, p. 49-53. Madrid.

153

40.—DIEZ, J. J. (1979): «Empleo de residuos y subproductos industriales en carreteras». Información Técnica de Carreteras, n.° 4, p. 15-29. Comité Nacional Español de la AIPCR. Madrid.

41.—DIEZ, J. J. (1980): «Empleo en carreteras de residuos urbanos». Revista de Obras Públicas, n.° 3.177, p. 21-29. Madrid.

42.—DUFT, B. L, et al. (1978): «A study of the feasibility of utilizing solid wastes for building materials». Reports EPA-600/2-78-091, EPA-600/2-78-092. Material Systems Corpo­ration. Escondido (California).

43—EASH, R. D., y SHAFER, H. H. (1975): «Reactions of polymer latexes with Portland cement concrete». Transportation Research Record 542. Transportation Research Board. Washington, D.C.

44.—EMERY, J. J. (1979): «Canadian developments in the use of wastes and by-products». CIM Bulletin, vol. 72, n.° 81 2, p. 88-94.

45—EMERY, A., y STEINBERG, M. (1975): «Polymer concrete passes toughest test». Civil Engineering ASCE, n.° 6.

46—ESPINACE, R, y CHAPARRO, D. (1982): «Estado del arte del vertedero controlado: compresibilidad de los vertederos sanitarios». Recurso Energético e Industrial de los Residuos Urbanos. Curso de Doctorado. ETSICCP. Madrid (no publicado).

47.—ESTEBAN, J. (1981): «Utilización de subproductos y residuos industriales y urbanos en la técnica de carreteras». Ingeniería Civil y Medio Ambiente, cap. VII-2, p. 403-418. CEOTMA-MOPU. Madrid.

48.—FALGAYRETTES, G. (1980): «Mise au point d'enrobés spéciaux á base de polyéthy-léne». Mémorie d'lngénierur CNAM, Spécialité Chimie Industrielle. Centre Associé du Languedoc-Roussillon.

49—FLOSS, R., y TOUSSAINT, A. (1976): «Los productos de desecho y los subproductos industriales en la construcción de carreteras en Alemania». Información Técnica de Carreteras, n.° 1. Comité Nacional Español de la AIPCR. Madrid.

50—FORSYTH, R. A., y EGAN, Jr., J. P. (1976): «Use of waste materials in embankment construction». Transportation Research Record 593, p. 3-8. Transportation Research Board. Washington, D.C.

51.—FOWLER, D. W., y PAUL, D. R. (1975): «Partial polymer impregnation of highway bridge decks». Transportation Research Record 542. Transportation Research Board. Wash­ington, D.C.

154

52.—GARN, O., y CORLIN, A. (1975): «Plástic sheet for reinforcing layers». Patente n.° 3909144. United States Patent Office.

53— GARRIGUES, C, et al. (1974): «Bituminous compositions containing plástic or elas-tomer polysulfide». Patente n.° 3810857. United States Patent Office.

54—GRAGGER, F. (1982): «Novophalt: a modification of bituminous binders by polyole-fines». Highway and Public Works, vol. 50, n.° 1886, Wembley.

55— HALSTEAD, W. J. (1979): «Potential for utilizing industrial wastes and by-products in construction of transportation facilites in Virginia». Report FHWA/VA-80/15. Virginia Highway and Transportation Research Council. Charlottesville (Virginia).

56—HAMEAU, G., y DRUON, M. (1975): «Préparation de liants hydrocarbonés á partir de PCV de récupération». Bulletin de Liaison des Ponts et Chaussées, n.° 80, p. 35-37. París.

57.—HAMEAU, G., y DRUON, M. (1976): «Contribution á l'étude physicomécanique de mélanges de bitumes routiers et de polyméres élastothermoplastiques». Bulletin de Liaison des Ponts et Chaussées, n.° 81 , p. 121-129. París.

58— HAMEAU, G., y DRUON, M. (1976): «Influence de copolyméres, statiques et séquen-cés, élastothermoplastiques sur les propriétés mécaniques des enrobés bitumineux». Bulletin de Liaison des Ponts et Chaussées, n.° 81 , p. 135-139. París.

59.—HUYNH, P. (1982): «Le béton bitumineux armé d'un treillis en polyester». Travaux, juillet-aoüt 1982, p. 61-66. París.

60—IMATURA, T., y SUZUKI, T. (1975): «Á propos de la modification des liants pour construction routiére: solubilité des polyméres dans différents liants». Dekiyn Gakkai Shi, 18, p. 12. Tokyo.

61.—JACKSON, F. R. (1975): «Recycling and reclaiming of municipal solid wastes», 342 pp. Noyes Data Corporation. Park Ridge (New Jersey).

62—JAMIESON, J. L. (1981): «The development of PVC-modified tars for use in surface treatment». National Institute for Transport and Road Research. CSIR Research. Pretoria, South África.

63—KOERNER, M., et al. (1977): «Poiyolefinabfaelle ais verediungskomponenten fuer bituminoese bindemittel und gemische». Plaste Kautsch, vol. 24, n.° 7, p. 475-478. Liepzig.

64—KOERNER, R. M., y SCHOENBERGER, J. (1976): «Synthesis of construction materials from waste producís». New Horizons in Construction Materials. Lehigh University. Bethehem, Philadelphia (Pennsylvania).

155

65—KUKACKA, L. E., et al. (1975): «Polymer concrete for repairing deteriorated bridge decks». Transportation Research Record 542. Transportation Research Board. Wash­ington, D.C.

66.—LAFONT, J. (1979): «Etude physico-chimique du polyéthyléne en vue de son utilisation comme liant en technique routiére». Mémoire d'lngénieur CNAM, Spécialité Chimie Industrielle. Centre Associé du Languedoc-Roussillon.

67.—LCPC (1980): «Rapport bibliographique sur les matiéres plastiques de récupération». Contrato n.° W 109. París.

68.—MARECHAL, J. Ch. (1979): «Extraction et dosage du polymére SBS dans les bitumes». Bulletin de Liaison des Ponts et Chaussées, n.° 103, p. 111 -118. París.

69.—MEHTA, H. C, et al. (1975): «Innovations in ¡mpregnation techniques for highway concrete». Transportation Research Record 542. Transportation Research Board. Washington, D.C.

70.—MOORWESSEL, D., et al. (1976): «Polyethylene-asphalt mixtures as molding mate­rials». Patente n.° 3980598. United States Patent Office.

71.—MOUTIER, F. (1982): «Comportement en fatigue des enrobés armes de plastique». CR, LRPC. Angers.

72—NTIS (1983): «Recycled materials for roadbuilding. 1970-1983. Citations from the Engineering Index Data Base». United States National Technical Information Service. Springfield (Virginia).

73.—OCDE (1977): «Utilisation des déchets et sous-produits en technique routiére». Recherche Routiére. París.

74.—OCDE (1981): «Contributions nationales de l'Allemagne, la Belgique, la Danemark, l'lrlande, Pltalie et le Japón». Documento de difusión restringida RR/R6/WD/81.1. Programme de recherche routiére, activité R6 (liants routiers et économie d'énergie). París (no publicado).

75.—OCDE (1981): «Pavement binders and energy savings. Revised terms of reference». Documento de Difusión restringida RR/R6/81.1. Road research programme, activity R6 (pavement binders and energy savings). París (no publicado).

76.—OCDE (1984): «Road binders and energy savings». Road Transport Research. París.

77.—PARSON, J. E. (1977): «Asphalts and road materials. Modern technology». Noyes Data Corporation. 224 pp. Park Ridge (New Jersey).

78.—PRIN, D., y CUBAUD, J. (1975): «Béton de resine polyester. Application au domaine de génie civil». Matériaux de Construction, n.° 46.

156

79—PROBISA (1976): «Alquitrán-PVC». Boletín informativo n.° 28, p. 21-30. Pinto (Madrid).

80.—RAMSEY, J. M. (1975): «Requiring secondary materials in federal construction. A feasibility study». Report EPA/530/SW-130C. Resources Planning Associates. Cam­bridge (Massachusetts).

81—REYNEVELD, N. G. (1970): «Propiedades de los hilos de poliéster y su empleo como armadura de aglomerados bituminosos». Boletín de Información del Laboratorio del Transporte y Mecánica del Suelo, n.° 80, p. 91-107. Madrid.

82.—SABATIER, Y. (1975): «Liant de synthése permettant la confection de bétons ther-moplastiques á hautes caractéristiques». Patente de 8 de julio de 1975. Instituí National de la Propriété Industrielle. París.

83—SHERWOOD, P. T. (1974): «The use of waste and low-grade materials in road construction. Guide to materials available». LR 647. TRRL. Crowthorne (Berkshire).

84.—SHERWOOD, P. T., et al. (1977): «The use of waste and low-grade materials in road construction. Miscellaneous wastes». LR 819. TRRL. Crowthorne (Berkshire).

85.—SHIELDS, B. P. (1956): «A preliminary investigation of the effects of polythene on asphalt paving mixtures». Trabajo para la obtención del grado de Master of Science in Civil Engineering. The University of Alberta. Edmonton (Alberta).

86.—TAPIS, C. A. (1976): «Procede permettant la fabrication d'un nouveau béton de resi­ne». Patente de 13 de enero de 1976. Instituí National de la Propriéíé Industrielle. París.

87.—VARIOS AUTORES (1978): «Colloque iníernaíional sur l'uíilisaíion des sous-produiís eí décheís dans le génie civil». ENPC-LCPC. París.

88.—VARIOS AUTORES (1980): «La recuperación de recursos de los residuos». Seminario paírocinado por los Minisíerios de Obras Públicas y Urbanismo y de Indusíria y Energía. Soria.

89.—VERHÉE, F., eí al. (1983): «Renforcemení par enrobés á hauíes performances d'une voie urbaine a írés forí írafic: la RN 186 a Fresnes (Val-de-Marne)». Revue Genérale des Rouíes eí des Aérodromes, n.° 598, p. 107-116. París.

90.—WEYERS, R. E., eí al. (1975): «Effecís of deicer salís and roadway coníaminanís on polymer impregnaíion of bridge deck concreíe». Transporíaíion Research Record 542. Transporíaíion Research Board. Washingíon, D.C.

91 —WOLTERS, R. O., y CASSELLIUS, R. H. (1975): «Evaluaíion of solid wasíe maíerials for highway uses». Reporí MN/HW/5-180/75-4. Minnesoía Deparímení of Highways. Sainí Paul (Minnesoía).

157

92—WURSINER, R. G., y JAHNKE, R. W. (1966): «Treating with poiyolefin and sulfur halide or phosphorus compound». Patente n.° 3275586. United States Patent Office.

93.—YEN, T. F., et al. (1974): «Recycling and disposal of solid wastes (industrial, agricultural, domestic)», 372 pp. Ann Arbor (Michigan).

94—ZADNOORDIJK, G. L. (1969): «Fiber-reinforced bituminous producís». Pateníe n.° 3457136. Uniíed Síaíes Paíení Office.

158